CN112839704A - 生物体刺激装置 - Google Patents

Abstract

本发明具备：低频脉冲发生电路(4)；高频信号发生电路(5)；合成部(7)，其形成在低频脉冲发生电路产生的低频脉冲信号波上叠加高频信号发生电路产生的高频信号波的合成波；波形控制信号电路(6)，其控制合成部以由低频脉冲信号波叠加高频信号波的ON期间和低频脉冲信号波没有叠加高频信号波的OFF期间构成一个循环；输入合成波的输出变压器，输出变压器的输出端的阻抗设定成，使得连接在输出变压器的输出端的一对以上的导垫安装在生物体上时，在输出变压器的输出端的合成波的ON期间，合成波的电压逐渐增大或减小。

Description

生物体刺激装置

技术领域

本发明涉及一种生物体刺激装置，其通过对生物体施加电刺激从而主要有效地进行肌肉锻炼、肌肉力量提升、以及肌肉康复/治疗、疲劳恢复治疗等。

背景技术

众所周知，用导体(导垫)接触生物体表面施加电子脉冲波或正弦波对肌肉进行电刺激可以得到激活肌肉或放松肌肉的效果。生物体刺激装置做为电治疗装置和健康仪器已在应用。这些装置和仪器根据其目的用于肌肉刺激、肌肉康复、肌肉锻炼、塑身、放松、甚而是治疗肌肉疼痛、肌肉紧张、麻痹、腰痛、疲劳恢复治疗等多种用途。

这些利用电刺激的生物体刺激装置多使用低频脉冲。生物体刺激装置在生物体上配置两处以上的导体,低频脉冲电流在导体之间流动，对电极间的肌肉产生刺激，使肌肉反复收缩与放松，从而促进肌肉的血液流通。通过这种方式可以达到物理上的敲肩、按摩、肌肉锻炼等运动效果。

用于电治疗装置等的低频脉冲是从几赫兹到几十赫兹的脉冲波。改变脉冲的电压强度、脉冲幅度、产生脉冲的ON/OFF间隔等参数并将其进行组合，形成适合敲肩、肌肉强化、放松模式等各种目的的脉冲波形。例如，目前市售的低频治疗装置等会产生脉冲幅度从0.2毫秒到几毫秒、脉冲电压从10V到20V的标准脉冲。所述装置在敲肩模式下依照使用者的喜好产生间隔从几毫秒到几秒的标准脉冲，从而得到需要的敲肩效果。此外，按摩效果、放松效果模式下十个至数十个上述标准脉冲群持续产生1秒至几秒、停止，如此交替反复从而得到手动按摩的效果。

虽然低频、高频的定义并未明确，但在本技术领域内(电治疗领域)低频多使用几赫兹至几百赫兹，将超过该频率的称为高频(包括被称为中频的带宽)。本申请以这些频率范围为基准进行说明。当施加上述低频脉冲时肌肉受到刺激而收缩。之后如果脉冲波停止，肌肉便开始放松。敲肩等模式使用的是几赫兹到几十赫兹的低频脉冲。每当施加低频脉冲时肌肉便放松，产生“咚、咚、……”感觉的敲肩效果。此外，提高低频脉冲的频率，形成肌肉开始放松不久连续施加下一个脉冲的状态。于是肌肉保持收缩状态，之后形成脉冲停止的间歇状态，肌肉变成放松状态，由此产生缓慢按揉的效果。

人们认为，生物体肌肉利用神经冲动进行收缩和放松，肌肉锻炼会令肌肉收缩的能源增加。也就是说锻炼会令肌纤维变粗，血管也变发达。肌纤维变粗，组成肌肉的肌肉蛋白、糖原等肌肉收缩的能源物质便增加。间歇给予肌肉这些电刺激，肌肉便反复收缩与放松，已经提出了利用这种作用进行肌肉锻炼、肌肉力量提升的各种生物体刺激装置。

作为这种生物体刺激装置，提出了利用普通低频波产生的方波脉冲进行肌肉锻炼或肌肉力量提升的方法。专利文献1中提出了下述方法：对肌肉施加电刺激的生物体刺激装置使用20Hz以下的脉冲波，将几种脉冲波(2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、20Hz等)组合起来只在一定期间交替反复，使肌肉产生收缩。

上述这种利用低频的肌肉锻炼装置虽然具有肌肉作用效果，但是作用效果在皮肤表层就扩散了，所以主要应用于浅层肌肉(也称为表层肌肉)。因此专利文献2提出了刺激更内部的肌肉的方法，使用频率比上述低频高的1KHz～20KHz(专利文献2中称为中频)。例如，使用电刺激的肌肉锻炼装置具有至少2对向身体输出中频正弦波信号的导体，并设有包括第1模式和第2模式的部位模式，其中第1模式在来自于这些导体对的电信号于身体的规定部位交叉的状态下使用，第2模式是在这些导体对的一方或双方发出的电信号于身体的规定部位不交叉的状态下使用。

此外还有利用干涉波的肌肉刺激装置，是这种使用比低频高的频率的肌肉锻炼装置的改良方案。例如，专利文献3公开的肌肉锻炼装置的特征是具有：电刺激输出部，指定电刺激信号的大小和频率并进行输入，根据所述指定生成电刺激信号，经由多个导体将所述电刺激信号传送给使用者的身体产生干涉波；存储部，存储表示电刺激信号的大小和频率的关系的电流频率相关数据；受理来自于所述使用者的指示的操作部；控制装置，根据从所述操作部输入的所述使用者指示的电刺激信号的大小，并根据所述电流频率相关数据确定频率，向所述电刺激输出部输出该电刺激信号的大小和频率。

已经确认，相对于这种利用低频的生物体刺激装置对生物体表层部分的几毫米程度的刺激，使用更高频率的高频、中频或干涉波的生物体刺激装置能够刺激到更深层部分。当然还有提高施加电压来刺激生物体内部的方法，但是因为会产生疼痛或针刺般的使用感，所以上述利用低频和中频的生物体刺激装置主要用于被称为浅层肌肉的生物体表层部位的肌肉锻炼，不用于内层肌肉(也称为深层肌肉)的肌肉激活。

生物体(人体或动物)的结构从电方面讲是由电容(capacitor)和阻抗(电阻)成分组成的，因此认为比较高的频率的电信号容易向生物体内部浸透。仅靠高频无法感受到使筋肉收缩的刺激，作为肌肉锻炼尚未实用化。但是提出了采用高频叠加于低频脉冲的复合波对更深层施加刺激的方法。专利文献4中公开了下述生物体刺激装置：用导体接触生物体，电流从该导体流入生物体给予刺激，其特征是，在低频脉冲上叠加了高频脉冲对生物体施加刺激。已经知晓，相较于使用低频的生物体刺激装置，通过使用这样的复合波能够刺激到更深层部位。

使用该复合波的方法虽然因有高频波成分而有到达深层肌肉的效果，但是对生物体的刺激过强，在使用中会产生不适感等，为了减轻这些不适感，专利文献5中公开了下述方法：在低频脉冲上叠加方波和三角波合成高频波，使该高频波的电位逐渐上升或下降，利用这样的波形施加柔和的刺激。

但是这种方法因为在低频脉冲上叠加方波和三角波合成高频信号，不仅电路复杂，叠加的低频脉冲和高频合成的时候还会产生噪音(特别是过冲和下冲产生的噪音成分)。因此用于深层部位的肌肉锻炼就会产生噪音带来的疼痛和不适感。此外这种生物体刺激装置用于肌肉锻炼时，尚未清楚如何更具效率并且得到有效的肌肉锻炼成果。因此需要一种将利用了这种复合波的生物体刺激装置用于被称为内层肌肉的深层部位的肌肉锻炼而没有不适感或刺激感的装置。

专利文献

【专利文献1】特开2016－202690号公报

【专利文献2】特开2006－175166号公报

【专利文献3】特开2005－348859号公报

【专利文献4】特开2010－57805号公报

【专利文献5】特开5535405号公报

发明内容

发明要解决的课题本发明的主要课题是提供一种生物体刺激装置，该装置通过对生物体的内层肌肉(深层肌肉)施加电刺激，不仅浅层肌肉，被称为躯干肌肉的深层肌肉和表层肌肉二者皆受到电刺激，没有噪音带来的疼痛和不适感，从而进行肌肉紧致紧致、肌肉力量提升和肌肉强化。

此外，本发明的课题是提供一种生物体刺激装置，该装置用于躯干肌肉，通过强化躯干肌肉来提高肌肉运动能力并提升肌肉力量。

此外，本发明的课题是提供一种治疗康复仪器，该仪器通过将生物体刺激装置应用在生物体的各种内层肌肉对肌肉力量降低进行改善和康复。

此外，本发明的课题是提供一种生物体刺激信号波形发生装置和生物体刺激装置，该装置体感刺激柔和并且对更深层的内层肌肉(深层肌肉)具有刺激效果。

此外，本发明的课题是提供一种生物体刺激装置，该装置通过变动合成波群和固定合成波群的组合及变形产生能够用柔和的刺激感刺激到内层肌肉的生物体刺激用复合信号波形，通过简单的电路结构形成适用于深层肌肉或浅层肌肉的肌肉锻炼、放松等广范使用目的的各种波形，由此得到肌肉紧致后的塑身(减小腹围、减肥)的优良效果。

解决课题的方案

为了解决上述课题，权利要求1所记载的方案具有：产生低频脉冲信号波的低频脉冲发生电路；产生高频信号波的高频信号发生电路；合成部，形成在由所述低频脉冲发生电路产生的低频脉冲信号波上叠加了由所述高频信号发生电路产生的高频信号波的合成波，并通过该合成波对生物体施加电刺激；控制电路，控制所述合成部，使得所述合成波由所述低频脉冲信号波上叠加有所述高频信号波的ON期间和所述低频脉冲信号波上没有叠加所述高频信号波的OFF期间构成一个循环；输入所述合成波的输出变压器，所述输出变压器的所述输出端的阻抗被设定成，使得连接在所述输出变压器的输出端的一对以上的导垫安装在生物体上时，在所述输出变压器的所述输出端的所述合成波的所述ON期间，所述合成波的电压逐渐增大或减小。

此外，方案2为，在方案1记载的装置中，所述控制电路控制所述合成部，使得通过变动合成波群构成所述合成波的至少一部分，该变动合成波群通过低频循环对所述ON期间和所述OFF期间的至少一个施加变动。

此外，方案3为，在方案1或方案2记载的装置中，对所述生物体施加所述合成波的生物体刺激用波形是由所述变动合成波群和固定合成波群组合形成的反复波形，该固定合成波群的所述ON期间及所述OFF期间固定。

此外，方案4为，在方案1或3记载的装置中，所述控制电路控制所述合成部，使得通过变动合成波群形成所述合成波的至少一部分，该变动合成波群通过低频循环对所述ON期间的电位施加变动。

此外，方案5为，在方案3记载的装置中，所述固定合成波群的期间设定在所述变动合成波群的期间的40％到100％之间。

此外，方案6为，在方案3记载的装置中，所述生物体刺激用波形由施加期间为2秒～10秒的所述变动合成波群和施加期间为1秒～4秒的所述固定合成波群组合形成。

此外，方案7为，在方案3记载的装置中，在所述变动合成波群的期间和所述固定合成波群的期间之间设有停止期间。

发明的效果

根据方案1，使用低频脉冲信号波和高频信号波叠加而成的合成波获得到达内层肌肉(深层肌肉)的刺激效果，同时对浅层肌肉(表层肌肉)也有刺激效果，所以可以锻炼躯干肌肉、有效地获得强化肌肉力量的效果。此外，在形成合成波波形中，方波和三角波等合成形成的波形不叠加高频信号，而是通过设定输出变压器的输出端阻抗形成逐渐增大或减小的合成波波形，因此可以实现电路结构简单而不会伴随过冲及下冲，能够得到柔和感觉的没有不适感的波形，能够提供耐受持续使用的生物体刺激装置。

根据方案2，合成波信号的ON期间和OFF期间通过低频循环形成变动状态，低频循环使变动合成波自身发生改变，通过这种方法在高频信号波对内层肌肉产生刺激的基础上，利用低频循环施加变动使对更浅层肌肉的刺激得到增强。

根据方案3，通过反复进行变动合成波对内层肌肉和浅层肌肉的同时刺激和固定合成波对以内层肌肉为中心的刺激，生物体刺激波形可以得到以内层肌肉为中心浅层肌肉也有紧致效果的肌肉运动效果，可以获得相当于腹肌运动的肌肉力量综合强化。

根据方案4，变动合成波的电位通过低频循环形成变动状态，因此在对内层肌肉的刺激效果的同时对浅层肌肉的紧致效果可以收到更有刺激的效果。

根据方案5，固定合成波群的期间设定在变动合成波群的期间的40％到100％之间，因此可以得到以内层肌肉为中心浅层肌肉也有紧致效果的肌肉运动效果。

根据方案6，将变动合成波的施加期间和固定合成波的施加期间设定为指定时间，可以得到最优的肌肉紧致效果。

根据方案7，在变动合成波的期间和固定合成波群的期间之间设置停止期间，可以得到最优的肌肉紧致效果。

此外，将本发明的装置用于咽喉肌肉，可以期望得到吞咽障碍预防/吞咽康复的效果。将本发明的装置用于膀胱排尿肌肉和骨盆底肌肉，可以期望得到尿失禁康复的效果。将本发明的装置用于髂腰肌和大腿肌肉，可实现对运动障碍症候群的平衡功能的改善。可预期对内层肌肉的肌肉力量降低引起的诸项症状产生广泛的改善和康复效果。此外，利用这些功能，根据对内层肌肉和浅层肌肉的有效紧致作用而应用在塑身或预防医疗等方面，可预期得到保持体型、美容/塑形、预防老化等种种效果。

此外，根据本发明，将合成波波形施加给生物体，因为生物体刺激是逐步增高或者逐步减弱的，不会有过冲或下冲，与现有技术的脉冲带来的刺激感(刺痛感或针扎感)相比，变化方式不同的刺激效果可以得到刺痛感小的柔和的刺激。因此具有使用起来不适感小、做为肌肉锻炼装置可以长时间使用或持续使用等效果。

此外，通过上述构成要素的任意组合，在其它治疗、康复、按摩、美容方面应用基于本发明的生物体刺激装置，在发明主旨范围内作为其它方式也仍有效果。

附图说明

【图1】图1为本发明的实施例1的生物体刺激装置的电路结构图。

【图2A】图2A为实施例1的生物体刺激装置的低频脉冲信号波的波形图。

【图2B】图2B为实施例1的生物体刺激装置的低频脉冲信号合成了高频信号后的合成波的波形图。

【图2C】图2C是表示ON期间内叠加到低频脉冲信号波上的高频信号的电位逐渐上升或下降的合成波的图。

【图3】图3是表示合成波的过冲和下冲的图。

【图4】图4为本发明的实施例1的具体的生物体刺激装置的电路结构图。

【图5A】图5A是表示生物体刺激装置的高频信号发生电路的输出信号的一个例子的图。

【图5B】图5B是表示导垫实际用在生物体上时输出变压器的输出端的合成波形的图。

【图6】图6是表示利用实施例1的生物体刺激装置所产生的变动合成波的说明图。

【图7】图7为对高频信号波和低频脉冲信号波合成后的合成波以低频循环在时间(周期)上或电位上施加变动的变动合成波的波形说明图。

【图8A】图8A是表示变动合成波群的变动期间Ta和固定合成波群的固定期间Tb的组合而成的生物体刺激波形的图。

【图8B】图8B是表示在变动合成波群的变动期间Ta和固定合成波群的固定期间Tb之间设置短暂停止期间R的生物体刺激波形的图。

【图8C】图8C是表示仅用连续高频信号成分形成图8B中的固定合成波群的生物体刺激波形的图。

【图9】图9是表示通过实施例1的生物体刺激装置获得的肌肉锻炼效果的一个例子的数据。

具体实施方式

关于各种运动和康复的肌肉功能锻炼、肌肉强化，对肌肉施加负载，肌纤维便会变粗，肌纤维一变粗组成肌肉的肌肉蛋白和糖原等作为肌肉收缩的能源物质便会增加。最大肌肉力量与肌纤维的粗细成正比，肌纤维越粗力量就会越大。此外，肌肉力量受到肌纤维的数量调节，在所有肌纤维进行活动的时候肌肉力量最大。据称肌肉力量为一半的时候有一半的肌纤维参加活动，另一半肌纤维则处于停止活动的状态。这些肌纤维与神经连动，通过神经的作用使肌纤维活动或停止。

因此，已知的是，在肌肉强化、肌肉紧致、肌肉康复中，通过对肌肉施加物理负载而使肌纤维变粗，但是对于没有体力承受锻炼或康复的病人、高龄者，或者没有锻炼或康复时间，或者期望短时间内获得更为有效的成果时，通过生物体刺激装置施加电刺激，使肌肉反复收缩与放松，来产生与物理负载同样的效果。

通常肌肉强化、肌肉紧致需要具备(1)运动强度、(2)持续时间、(3)反复活动这三个条件。运动强度是指对肌肉施加何种程度的运动负载，以最大肌肉力量为标准进行设定。持续时间是指相对于锻炼强度持续多少秒。此外，反复运动是指以多长时间(天数)间隔重复肌肉锻炼。本发明通过生物体刺激装置实现这些锻炼条件，并以其验证结果为依据。

关于运动强度条件,计算最大肌肉力量(RM＝Repetition Maximum)，以该最大肌肉力量为标准规划锻炼中施加多大程度的运动负载，来作为肌肉锻炼中的运动负载的施加方法。最大肌肉力量是指1次能够发挥出的肌肉力量的极限值，测量能够连续举起某重量的重物(卧推等)的次数。例如，假设1次最大举起100Kg，此人的最大肌肉力量(1RM或者100％RM)为100Kg，以此为标准设定用多少百分比的运动强度进行锻炼。锻炼计划根据个人的肌肉力量或目的多种多样，多被采用的计划为，以提升肌肉力量为目的时从1到4RM(从100％RM到90％RM)，以增粗肌肉为目的时从5RM到14RM(从90％RM到70％RM)，以提升持久力为目的时从15RM到25RM(从70％RM到60％RM)。也就是说，以肌肉锻炼为目的时以最大肌肉力量的90％以上连续重复4次以内，以增粗肌肉为目的时以最大强度的90％到70％连续重复5到14次，以提升持久力为目的时以最大强度的70％到60％连续重复15到25次，这样比较有效果。

此外,关于持续时间的条件有很多研究，但肌肉锻炼用的较多的是“海廷格尔理论(Hettinger)”。这个理论示出了相对于最大肌肉力量施加多久的肌肉持续收缩时间是有效的，，最大肌肉力量(100％RM)时2秒到4秒为佳，2秒以下效果变差。此外，最大肌肉力量的90％到80％时需要4秒到6秒，最大肌肉力量的70％到60％时需要6秒到10秒，最大肌肉力量的50％到40％时需要15秒到20秒。

此外,关于反复运动的条件，是指锻炼间隔时间(天数)为多久，上一次的锻炼效果仍在持续之时进行下一次锻炼效果会积累起来。通常肌肉锻炼隔一天进行效果会减小，隔一周进行效果减半，隔两周进行基本会回到原点。

生物体刺激装置是通过对肌肉施加电刺激并间歇地进行ON、OFF来使肌肉进行收缩或放松，相当于通过神经冲动来使肌肉产生收缩或放松的作用。不过，相对于实际的肌肉可以调整给予肌纤维神经冲动的数量(运动量)，而电刺激无法按根刺激肌纤维，相对于电刺激到达的任何肌肉都产生与施加神经冲动相同的作用。

因此，为了对电刺激装置应用上述运动强度条件，通过调整施加的信号电位可以做到某种程度调整。其范围有限，在电刺激信号所及的范围，在生物体所感知的电位以上的信号电位下，基本上所有肌纤维都被给予相当于神经冲动的信号，至少接近最大肌肉力量(100％RM)。估测运动强度至少为最大肌肉力量的80％RM以上。

此外，为了将上述持续时间条件应用于电刺激装置的肌肉锻炼或康复，根据“海廷格尔理论”确定电刺激的施加时间。也就是说，施加被生物体感知的电位以上的脉冲信号时，该信号所及的肌肉具有基本相当于最大肌肉力量或与其接近的收缩作用。因此，如前所述，施加体感上能够被人体感知的信号强度时，认为运动强度至少保持在最大肌肉力量的80％RM以上，其持续时间即合成波的连续施加时间，设定在2秒以上10秒以下会有效果，2秒以下则没有效果。

此外，关于反复运动的条件，是指隔多久(天数或小时)使用电刺激装置。关于锻炼效果的持续，在通过电刺激进行的锻炼中也一样，在上一次锻炼效果消失之前继续进行锻炼效果会积累。

(实施例1)

根据上述条件和假定，基于附图说明对生物体施加电刺激的本发明的生物体刺激装置的具体化的实施方式。为方便说明附图是示意图。图1为本发明的实施例1的生物体刺激装置的电路结构图。本发明中，主要以肌肉锻炼为使用目的来进行实施例的说明。

图1中，生物体刺激装置1包括：操作面板2、微电脑(CPU或MPU)3、低频脉冲发生电路4、高频信号发生电路5、波形控制信号电路6、合成部7、输出变压器(TR)8。操作面板2结合使用目的用于选择/输入肌肉锻炼、塑身、放松等各种模式。此外操作面板2用于操作时间(定时器设定)、强度选择等的输入。微电脑(CPU或MPU)3根据通过操作面板2输入的指示信号控制低频脉冲发生电路4、高频信号发生电路5和波形控制信号电路6，以形成适合各种使用目的的生物体刺激用波形。

在微电脑3中进行了编程以形成适合各种使用目的模式的生物体刺激用波形。各模式的确定是由合成的高频成分、低频脉冲成分、将高频成分和低频成分合成并输出的ON期间和合成波停止输出的OFF期间、信号强度、反复次数以及通过低频使由高频信号和低频脉冲合成的合成波变化的控制条件等参数变化的组合形成的。

在操作面板2上选定了需要的模式、操作时间、强度等后，微电脑3分别向形成合成波形的低频脉冲发生电路4、高频信号发生电路5和波形控制信号电路6发出指示，根据所选模式对高频成分、低频脉冲成分、ON/OFF期间等进行控制。

做为示例,低频脉冲发生电路4产生从几Hz到几十Hz的方波脉冲信号(低频脉冲信号波)。这个低频脉冲的频率从几Hz到几百Hz左右即可，可以根据目的切换或改变。高频信号发生电路5产生10KHz以上的信号(高频信号波)。实施例做为示例使用500KHz正弦波振荡器的输出信号。合成部7将由高频信号发生电路5产生的高频信号波叠加在由低频脉冲发生电路4产生的低频脉冲信号波上，形成合成波。波形控制信号电路6对应本发明的控制电路，根据微电脑3发出的指示，使低频脉冲信号波叠加高频信号波的ON期间和低频脉冲信号波没有叠加高频信号波的OFF期间为一个循环构成合成波，并控制合成部7，通过变动合成波群形成合成波的至少一部分，该变动合成波群通过低频循环改变ON期间和OFF期间中的至少一个。具体来说，波形控制信号电路6进行控制使高频信号波在低频脉冲信号波的ON期间进行叠加并且使高频信号波在低频脉冲波信号的OFF期间停止对低频脉冲信号波的叠加，并且产生使合成波在时间上发生变动、或者在电位上发生变动、或者既从时间上又从电位上发生变动以形成变动合成波群的波形控制信号，通过波形控制信号控制合成部7。

微电脑3根据操作面板2上指示的肌肉锻炼、塑身、放松等的使用模式、强度、定时器等基本设定，设定如图2A所示的低频脉冲信号波的ON期间t1、OFF期间t2、电位V0等。微电脑3具备石英晶体振荡器、定时器、存储装置、运算处理装置等众所周知的功能，并通过控制序列实现在存储装置中编程的各种模式的规定类型。各个模式通过改变低频脉冲信号波的ON期间(合成波叠加期间)t1、OFF期间(合成波停止期间)t2、输出电位V0和这些周期的反复时间使给予生物体的体感进行变化。在这里低频脉冲信号波的周期是指ON期间t1和OFF期间t2合在一起的S期间(1个循环)。

图2A中的低频脉冲信号波101、102、103……按每个周期S即S1、S2、S3、……重复ON期间和OFF期间，ON状态下的脉冲极性上侧(正方向)和下侧(负方向)交替变化。也可以由如下等若干个变化类型构成：如图所示的脉冲极性按每个周期在正方向和负方向上交替变化、全部为同一方向的脉冲极性、抑或脉冲极性在一定期间为正方向、一定期间为负方向。通过随机组合这些低频脉冲的极性，在ON期间叠加了高频波的合成波的方向发生变化，使体感产生变化。

高频信号发生电路5的输出信号使用500KHz的正弦波信号，其波形也可以为高频脉冲信号、高频方波信号。此外，这个高频信号的频率越高越能到到达生物体的更深部位，故改变频率也可以调整对内层肌肉的效果。

波形控制信号电路6的波形控制信号进行控制，使高频信号叠加低频脉冲以在低频脉冲信号波的ON期间形成合成波信号，在OFF期间使合成波信号停止，并且控制合成波形成在上侧(正方向)或下侧(负方向)。通过这个波形控制信号，高频信号与低频脉冲信号在合成部7合成，输出图2B所示的合成波。图2B所示的合成波中，低频脉冲信号波101、102、103……上叠加高频信号波111、112、113……的ON期间t1和低频信号波101、102、103……上没有叠加高频信号波111、112、113……的OFF期间t2形成一个循环S1、S2……。

合成部7向输出变压器8的一级端线圈Li提供合成波。输出变压器8与二级端线圈Lo绝缘，缓和一级端生成的噪音脉冲或冲击波等。此外，也可以如图4所示，在一级端线圈Li上设置中间分接头TP，通过交替切换开关SW1和开关SW2来切换合成波信号的上侧(正方向)和下侧(负方向)。

输出变压器8的二级端线圈Lo的输出经由直流分断电容C和线性电阻R与一对导垫(或导体)9相连接。这一对导垫9与想强化的肌肉等对象肌肉的皮肤表面接触使用。导垫9使用导电性材料吸附在皮肤表面上使用，但是也可以使用凝胶以确保导电性。此外，导垫9可以为一对(2个)，也可以构成为采用一对以上多个导垫对多个部位进行刺激，确定刺激部位。

生物体10具有容抗，如生物体10所示，由电容Co、与其并联的些微或者可以忽略程度的电阻成份ro以及生物体的电阻成份r形成等效电路。导垫9附着在生物体10的皮肤表面时，一对导垫间的容抗根据导垫间的距离、生物体10的介电常数等因素变化。此外，也会根据导垫9和生物体之间的接触状态而发生很大变化。因此难以正确掌握导垫间的容抗，但是在ESD(Electro Static Discharge)静电放电标准的生物体模型中，以670pF做为该标准的基准。

图5A是高频信号发生电路5的输出信号的一个例子，所示为2μsec、500KHz的高频信号。图5B表示的是导垫9实际用在生物体10上的时候的输出变压器8的输出端的合成波形。输出变压器8的输出端与一级端(输入端)的合成部7被分断，施加电压的充放电特性随着输出变压器8的电抗特性、生物体10的电容特性的变化等而变化。因此，实际的波形特性与图2B所示的理论合成波形图不一样，反而形成接近图6所示的波形的形状。

连接在这些输出变压器8的二级端线圈Lo上的导垫9安装在生物体上时，合成波ON期间中的输出端的信号波形按照生物体所带的容抗(电容)成分Co、C(包含导垫9和生物体间的电抗)以及电阻成分ro、r、R所决定的时间常数进行充放电。在这里对于500KHz高频信号，输出变压器8的输出端的时间常数设定成不会因容抗成分而立即放完电，则合成波信号在ON期间继续上升。因此输出变压器8的输出端的合成波形如图2C的合成波波形(二级端)所示，在最初的循环S1的ON期间中被叠加的高频的电压电位逐渐上升，如t1期间所示，从上升的V1电位上升达到V2电位时，变成停止状态，高频波的叠加部分消失。也就是说，合成波的波形形成的不是方波，而是逐渐增加的剑形形状。下一个循环S2中，上下方向颠倒，所以形成了使S1上下颠倒的形状。

此外，在这个输出变压器二级端的时间常数的设定中，线性电阻R调整成为不产生ON期间的上升或下降中可能会出现的过冲或下冲。也就是说，输出变压器8的输出端设定成在生物体上附有导垫9的状态下，对合成波波形形成积分电路而不是微分电路。也就是说，连接在输出变压器8的输出端上的一对以上的导垫9安装到生物体10上的时候，输出变压器8的输出端的阻抗设定成合成波的电压在输出变压器8的输出端合成波的ON期间逐渐增大和减小。为了易于进行这些设定，线性电阻R可以为半固定或可变电阻。这样可以做到不会产生过冲或下冲，因此不会有噪音造成的疼痛或不适感。此外，没有必要如专利文献5那样设置复杂电路。

通过这样的构建，调整由包括输出变压器8的二级端的生物体的容抗成分和电阻成分所确定的时间常数，不用在输出变压器8的一级端形成在低频脉冲上合成了方波和三角波的合成波形。这样就可以生成电位逐渐增大或减小的波形，而非方波形状，并施加给生物体10。因此不需要对输出变压器8的一级端的合成波进行变形，故通过简单的电路就可以构建，而无需现有技术(专利文献5)所示的叠加在低频方波脉冲上的三角波的发生电路。此外，图3所示的方波脉冲和三角波合成时产生的噪音或过冲OS或下冲US会减小，能够形成带来柔和感觉的波形。

图6所示的合成波是实际施加给生物体的波形，在最初的循环S1的ON期间t1中被叠加的高频信号波211的电位逐渐上升，如t1期间所示，从上升的V1电位增加达到V2电位时，变成停止状态，高频信号波211的叠加部分消失。也就是说，合成波的波形形成逐渐增加的形状而不是方波。ON期间t1一结束高频信号波211的叠加就会消失，进入OFF期间t2的停止期间。下一个循环S2上下方向颠倒，所以形成使循环S1上下颠倒的的形状

将这样构建而成的图6所示的高频信号波211、212、213……和低频脉冲信号波201、202、203……的合成波做为基础波形使用。形成的基础波形如上所述，或者做为仅有合成波信号的上侧(正方向)或下侧(负方向)的连续波使用，或者按每一个循环或每数个循环切换合成波信号的上侧(正方向)和下侧(负方向)，或者中途插入停止期间，结合使用目的形成各种模式的波形。图6的合成波基础波形只在指定期间(T期间)对生物体连续施加，之后加上停止期间再次施加，如此重复，这样能够预期通过高频成分得到的对内层肌肉(深层肌肉)的刺激效果和通过低频成分得到的对浅层肌肉(表层肌肉)的刺激效果。

但是，这种合成波形主要对内层肌肉的生物体刺激具有效果，对浅层肌肉的刺激则没有多少效果。如果目的是躯干强化效果和肌肉紧致效果，不仅要对内层肌肉，对浅层肌肉也需要同时进行较强的刺激。因此本发明对上述合成波基础波形通过低频循环进行周期上的改变。

图7是通过低频循环对高频信号波和低频脉冲信号波合成的合成波在时间上(周期上)或电位上施加变动的变动合成波的波形说明图。图7中，在时间上施加变动时，波形控制信号电路6通过低频循环对合成波波形的ON期间(高频信号和低频脉冲信号合成期间)施加t1△期间的时间上的改变。波形控制信号电路6如图7所示，以ON期间tP1、tP2、tP3、tP4、tP5、tP6、tP7为1个周期，通过低频循环使ON周期发生时间上的改变，形成变动合成波。此外，波形控制信号电路6通过低频循环也对OFF期间(低频脉冲信号上不合成高频信号的期间)施加t2△期间的时间上的改变，形成变动合成波。通过低频循环进行的时间上的变动既可以使ON期间t1随机变化t1△，使OFF期间t2随机变化t2△，也可以通过低频循环对合成波连续的整个指定期间(T期间)施加变动，来使各个合成波循环期间(S1、S2、S3、……)以相同的周期同时发生变动。

在这里，时间上变动的循环只要是利用低频循环对浅层肌肉产生刺激效果的范围就没有问题，并不需要确定的低频循环。实施例中，以100～500μ秒随机改变ON期间的输出时间，并且以100～500μ秒随机改变重复幅度(S期间)。也就是说，通过低频循环使变动合成波持续的整个指定期间(T期间)发生随机变动。合成波通过低频形成类似于施加了脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)的波形，合成波形产生低频循环变动(或者波动)。通过这个低频循环的变动得到针对更浅层肌肉的刺激效果。

象这样形成ON期间t1、OFF期间t2、或者其重复周期S利用低频循环变动的状态，构成合成波持续的指定期间T为可变状态的变动合成波群。这种情况下，波形控制信号电路6进行控制使合成波的至少一部分通过变动合成波群形成，该变动合成波群通过低频循环改变ON期间和OFF期间中的至少一个。通过这样持续地获得通过低频循环变动给浅层肌肉、以及通过高频信号波给内层肌肉的两方面的刺激效果。

不靠低频循环进行这些时间上的改变而是使反复周期S和合成波的指定期间T固定的固定合成波群的情况下,对内层肌肉的生物体刺激虽然得到强化，但是对表层肌肉的刺激效果微乎其微。为了达到肌肉锻炼、肌肉紧致的效果，把这些变动合成波群和固定合成波群组合起来使用，可以对内层肌肉和浅层肌肉施加相当于腹肌运动或重物负载运动等躯干锻炼或肌肉紧致运动的有效生物体刺激。

此外，施加电位(振幅)上的变动时，如图7所示，波形控制信号电路6控制合成部7，使合成波由变动合成波群构建，该变动合成波群通过低频循环使合成波波形的ON期间(高频信号和低频脉冲信号合成期间)的输出电位增减V1△来施加变动。这种电位上的变动既可以按形成合成波的各个ON期间随机进行增减，也可以通过低频循环使合成波的连续周期S和指定期间T的整个ON期间同时进行电位的改变。变动的电位根据合成信号的施加电位强度而不同，以整体的5％～40％左右获得了效果。通过随机改变变化量，或固定变化量，手动调整变化量到使用者达到使用目的或体感舒适的程度，可以达到和上述时间上的变动的同样效果。

在实施例中，使ON期间的输出电位1秒上下起伏整体振幅的20％5次左右，促进肌肉1秒钟收缩5次。这样产生相当于合成波通过低频受到振幅调整的波形，能够提升对浅层肌肉的刺激效果。在这里，既可以在电位上和上述的时间上都做改变，也可以只在其中一方面做改变。

这样通过在合成波持续的指定期间(T期间)中构建下述变动合成波群、即上述ON期间和上述OFF期间中的至少一个通过低频循环形成变动状态的变动合成波群，从而获得由低频循环变动给浅层肌肉、以及由高频信号波给内层肌肉的两个刺激效果。此外不通过低频循环进行这些时间和电位上的改变而是使其固定的固定合成波群的情况下,对内层肌肉的生物体刺激得到强化，但是对表层肌肉的刺激效果微乎其微。为了达到肌肉锻炼、肌肉紧致的效果，把这些变动合成波群和固定合成波群组合起来使用，可以形成相当于腹肌运动或负载运动等躯干锻炼或肌肉紧致运动给内层肌肉和浅层肌肉带来的有效的生物体刺激。

图8是图6所示的固定合成波群的波形和图7所示的变动合成波的组合示例的说明图。图8A所示的生物体刺激用波形是变动合成波群的变动期间Ta和固定合成波群的固定期间Tb的组合，中途不设置停止期间地重复变动期间Ta和固定期间Tb数次。变动期间Ta由具有不同周期Sv1、Sv2、Sv3的多个变动合成波组成。固定期间Tb由具有一定周期Sf的多个变动合成波组成。图8B所示的生物体刺激用波形在变动合成波群的变动期间Ta和固定合成波群的固定期间Tb之间设置短暂的停止期间R(数秒间隔)而成。此外，做为其他组合，图8C所示的生物体刺激用波形可以只用连续的高频信号成分形成图8B中的固定合成波群。无论哪一种情况都是将变动合成波群的变动期间、固定合成波群的固定期间、停止期间、低频变动循环组合使用，以根据使用目的实现最佳效果。

接下来介绍关于使用本发明实施例1的生物体刺激装置时的肌肉锻炼、肌肉紧致模式的设定和其效果。图5B是肌肉锻炼、肌肉紧致模式例子中输出变压器8的二级端输出波形，是高频信号波形和低频脉冲信号的合成波形(基础波形)。模拟通过虚拟电阻500Ω(R1、R2)形成的输出波形用于测量。使用500KHz的高频信号波、做为低频脉冲信号波的方波脉冲作为相对于该基础波形(固定合成波)的变动合成波，ON期间t1由低频循环在几秒到10秒的范围随机改变，OFF期间t2在2秒到5秒的范围可变，输出电位V1可做数mV调整。

本发明的生物体刺激装置以上述设定为基础，使用该装置的肌肉强化和肌肉紧致效果的测量结果如图9所示。图9是将生物体刺激装置用于刺激腰周围的髂腰肌。髂腰肌是由腰大肌、骼肌组成的躯干深层的深层腹肌群，做为内层肌肉掌管股关节的活动。因此，是步行、各种运动、维持姿势所需要的肌肉，如果伤病或老化造成这些髂腰肌衰弱、损伤，就会导致步行障碍、运动能力下降等。图9的测量中用的是不通过低频循环进行改变的以前的合成波的波形和通过低频循环进行改变的如图8A所示的包含变动期间Ta、固定期间Tb的波形。变动期间的波形参数为高频信号fh500KHz，低频脉冲的ON期间t1为150～400μ秒间随机变化，反复循环S做160～550μ秒时间上的改变。在这里ON期间的电位不做改变。

图9为筋肉锻炼、塑身(肌肉紧致)的设定下，设定对变动合成波群和固定合成波群的组合以及其使用时间进行了改变的三种模式，测量本发明的生物体刺激装置使用前和使用后各种参数变化对应的腹围变化的比较图。腹围在塑身中的效果最为显著，短时间内就显现。因此可以简便地测量出本发明产生的生物体刺激的变化倾向。每一种情况使用的高频信号波都是500KHz，低频脉冲信号波都是5～40Hz，连续20分钟使用，获取使用前后的腹围数据。

模式A使用的是如图6所示的目前已在应用的低频脉冲上仅叠加高频信号的基础合成波群，对两名被测者(1)和(2)连续20分钟使用不通过低频循环进行改变的固定合成波群，显示其使用前和使用后的腹围变化。根据该测量，被测者(1)和(2)二人腹围皆缩小，模式A下可以达到使用前后腹围缩小(右侧刻度)平均2cm的效果。

模式B利用如图8A所示的波形结构，并设定变动合成波群使用期间(Ta＝4秒)，固定合成波群使用期间(Tb＝4秒)，对两名被测者(3)和(4)连续使用20分钟，显示其使用前和使用后的腹围变化。根据该测量，被测者(3)和(4)二人腹围皆进一步缩小，模式B下可以达到使用前后腹围缩小(右侧刻度)平均4cm的效果。

模式C使用如图8B所示的波形组成，并设定变动合成波群使用期间(Ta＝4秒)，固定合成波群使用期间(Tb＝2秒)，对两名被测者(5)和(6)连续20分钟，显示其使用前和使用后的腹围变化。根据测量结果，被测者(5)和(6)二人腹围皆大幅缩小，此种模式(C)下可以达到使用前后腹围缩小(右侧刻度)平均8.3cm的效果。

将这三种模式相对比，与仅使用固定合成波群(模式A)相比，组合使用变动合成波群和固定合成波群(模式B和模式C)更加有提高肌肉力量或塑身(肌肉紧致)的效果。组合使用变动合成波群和固定合成波群时，与变动合成波群和固定合成波群的使用时间同为4秒的模式B相比，变动合成波群的使用时间设定为4秒，固定合成波群的使用时间设定为2秒的模式C更加有缩小腹围的效果。

在肌肉锻炼中腹围缩小在比较短的时间内就显现效果，所以用来做为躯干强化的一个测量指标，被视为内外层肌肉强化的表示。通过对生物体使用高频信号波和低频脉冲叠加而成的合成波群，可以获得到达内层肌肉的生物体刺激，更进一步通过低频循环将合成波构建成变动合成波群并与固定合成波群组合，除了针对更内层肌肉，针对更浅层肌肉也能得到刺激效果，这一点已经得到明确。也就是说，为肌肉锻炼和肌肉紧致，不仅针对内层肌肉，也针对浅层肌肉进行刺激，从而对躯干强化和塑身等可以更有效率地收到效果。

根据本发明，在施加变动合成波群的状态下，由于对表层肌肉和内层肌肉进行刺激，运动负载基本上对所有的肌纤维施以相当于神经冲动的信号，预测至少达到最大肌肉力量的50％RM以上的运动强度。此外，施加固定合成波群的状态下，对浅层肌肉的刺激效果小，仅对内层肌肉的刺激效果呈显著状态持续。并且，因为与低频信号成分引起的外层肌肉的刺激效果相比高频信号成分引起的对内层肌肉的刺激效果减弱，所以优先对内层肌肉的刺激尽量持续。

因此能够预测的到，当这些生物体刺激波形为变动合成波群和固定合成波群的组合时，考虑到以海廷格尔理论为根据的假定条件，变动合成波群和固定合成波群的使用期间设定为合计2～15秒左右，反复使用是有效果的，变动合成波群的使用时间设定成比固定合成波群的使用时间长能够得到更好的效果。从证明这些预测的验证实验的效果明确可知，特别是将变动合成波群的使用期间设定为2～10秒、固定合成波群的使用期间设定为1～4秒时，获得最大效果。这被认为是，生物体刺激装置发出的合成波的刺激需要1～2秒左右的起动时间使肌肉开始收缩，施加的时间与海廷格尔理论中的运动负载一样，肌肉收缩持续的话肌肉便开始习惯并逐渐变硬，所以做10～15秒左右的改变更加具有效果。

具体实现本发明的生物体刺激装置通过用于上述肌肉锻炼、肌肉紧致(塑身)等模式，能够以更简易的结构利用高频信号波和低频形成的合成波实现达到内层肌肉的肌肉刺激。使用通过低频循环对该合成波进行改变形成的变动合成波群在躯干肌肉的强化方面更有效果，采用变动合成波群和固定合成波群的最优组合时间。这样可以有效地获得极高的肌肉锻炼、肌肉紧致效果，具有很高的工业上的应用可能性。

附图标记说明

1 生物体刺激装置

2 操作面板

3 微处理器单元(MPU)

4 低频脉冲发生电路

5 高频信号发生电路

6 波形控制信号电路

7 合成部

8 输出变压器

9 导垫(导体)

10 生物体(等效电路)

R 线性电阻

r，ro 电阻

Co，C 电容

Claims (7)

1.一种生物体刺激装置，具备

产生低频脉冲信号波的低频脉冲发生电路、产生高频信号波的高频信号发生电路；

合成部，形成在由所述低频脉冲发生电路产生的低频脉冲信号波上叠加了由所述高频信号发生电路产生的高频信号波的合成波，并通过该合成波对生物体施加电刺激；

控制电路，控制所述合成部，使得所述合成波由所述低频脉冲信号波上叠加有所述高频信号波的ON期间和所述低频脉冲信号波上没有叠加所述高频信号波的OFF期间构成一个循环；

输入所述合成波的输出变压器，

所述输出变压器的所述输出端的阻抗被设定成，连接在所述输出变压器的输出端的一对以上的导垫安装在生物体上时，在所述输出变压器的所述输出端的所述合成波的所述ON期间，所述合成波的电压逐渐增大或减小。

2.根据权利要求1所述的生物体刺激装置，所述控制电路控制所述合成部，使得通过变动合成波群构成所述合成波的一部分，该变动合成波群通过低频循环对所述ON期间和所述OFF期间中的至少一个施加变动。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的生物体刺激装置，对所述生物体施加所述合成波的生物体刺激用波形是由所述变动合成波群和固定合成波群的组合形成的反复波形，该固定合成波群的所述ON期间和所述OFF期间固定。

4.根据权利要求1或3所述的生物体刺激装置，所述控制电路控制所述合成部，使得通过变动合成波群构成所述合成波的至少一部分，该变动合成波群通过低频循环对所述ON期间的电位施加变动。

5.根据权利要求3所述的生物体刺激装置，所述固定合成波群的期间设定在所述变动合成波群的期间的40％到100％之间。

6.根据权利要求3所述的生物体刺激装置，所述生物体刺激用波形由施加期间为2秒～10秒的所述变动合成波群和施加期间为1秒～4秒的所述固定合成波群的组合形成。

7.根据权利要求3所述的生物体刺激装置，其特征在于，在所述变动合成波群的期间和所述固定合成波群的期间之间设有停止期间。

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