JP2002248175A - 電気刺激装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パルス波で生体を刺激する電気刺激装置におい
て、パルス周波数を高い領域から低い領域まで変化させ
るとき、低周波領域においても十分な刺激感覚が得ら
れ、また、あらゆる周波数領域で、電気刺激に対する生
体の反応特性を考慮に入れた刺激をおこない、刺激感覚
と治療効果とを向上させることを目的とする。 【構成】単一パルスの代わりにパルス群を用い、周波数
が低くなるほどパルス群の電気エネルギーを増加させる
ようにした。また、電気刺激に対する生体の周波数特性
によりパルス群の電気エネルギー量を補正した。 【効果】パルス（群）の周波数が低い領域でも十分な刺
激が得られる。また、あらゆる周波数帯において刺激感
覚が改善される。このため、治療効果と患者の満足度が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス周波数（周期）
を変化させて生体刺激をおこなう電気刺激装置に関する
もので、特に、パルス周波数の低い領域においても十分
な刺激を得ることができ、さらに、全ての周波数帯にお
いて、均一な刺激強度が得られるようにし、より効果的
で安全な刺激をおこなうことのできる電気刺激装置を提
供することを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】パルス電気刺激装置では、パルス幅、周
期（周波数）、及び高さ（強度）をパラメータとして、
目的に応じてこれらのパラメータを選択して使用してい
る。例えば、疼痛緩和を目的とする電気刺激では、痛み
を伝達する神経を選択的に刺激して痛みの信号をブロッ
クするために、パルス幅が５０〜６０μｓと１００〜２
００μｓのパルスを用いている。いわゆるＴＥＮＳ（Tr
anscutaneous Electrical Nerve Stimulation）はこの
ような装置である。これに対して筋肉刺激では、細いパ
ルスでは十分な収縮を生じることができないので、ＴＥ
ＮＳよりも幅の広いパルスが用いられている。

【０００３】刺激強度を上げると、やがて刺激感覚閾値
に達し、更に上げると疼痛閾値に達する。電気刺激では
疼痛閾値以下で使用する。一方、電気刺激は医療上有効
ではあるが、刺激条件を一定にして単調な刺激を続ける
と慣れが生じ、効果が低下する。これを防止するため
に、パルスの周波数や強度を変化させる手法がとられて
いる。しかし、パルス電気刺激では、刺激感覚閾値と疼
痛閾値の差が小さいので、パルスの強度を変化させる制
御は適しない。ＴＥＮＳ等では、パルスの幅と強度を一
定にして、場合によってはパルスの周波数を変化させて
使用するが、この場合、パルスの周波数が高いほど生体
に供給されるエネルギーが多くなり、刺激強度が強くな
り、逆に、周波数が低くなると刺激強度が弱くなり、医
療効果と患者の満足度が低くなる。

【０００４】周波数が低くなったとき、十分な刺激強度
を得るためにパルスの強度を制御すると、理論的にはこ
の問題を解決できると思われる。しかし、前述のよう
に、パルス強度の制御は困難である。そこで、従来はパ
ルスの周期とパルス幅とを一定の割合にするパルス幅制
御法が使用されてきた。このように制御すると、周波数
が変わっても一定のエネルギーを供給することができる
ので、常に一定の刺激強度を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 しかし、パルスの周
期と幅とを一定の割合に維持するパルス幅制御法は、周
波数を狭い範囲で制御するときは良い結果を得ることが
できるが、広い範囲で変化させるときは、低周波領域で
パルス幅が広くなり、疼痛や火傷が発生する可能性が高
くなり、低周波領域での刺激感の低下が問題であった。
また、ＴＥＮＳでは、パルス幅を一定にして使用する必
要があるため、パルスは場制御を使用することはできな
い。このため、低周波領域におけるエネルギーの低下は
避けられず、治療効果と、患者の満足度は低くなってい
た。低い周波数領域で強い刺激感を得ようとして出力ボ
リュームを上げておくと、高周波領域になったとき、強
い刺激を受け、痛みやショックが生じ、危険であった。

【０００６】

【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、従来の単一パルスの
代わりに、複数のパルスからなるパルス群を用い、高い
周波数領域ではパルス群に含まれる電気エネルギーを少
なくし、低周波領域ではパルス群の電気エネルギーを増
やすようにし、低周波領域でも十分な刺激効果を得るこ
とができるようにした。

【０００７】また、請求項２記載の発明では、パルス群
は所定のパルス幅を有する基本パルスの集合とし、パル
ス群の電気エネルギーはパルス群を構成する基本パルス
の数によって決定するようにし、低周波領域でも十分な
電気エネルギーを与え、十分な刺激効果を得ることがで
きるようにした。

【０００８】さらに、請求項３記載の発明では、少なく
ともパルス周波数が高い部分と低い部分とで、電気刺激
で感じる強さが同じになるようにパルス群の電気エネル
ギーを、例えばパルス数を変え、全周波数領域でほぼ均
一な刺激強度が得られるようにした。

【０００９】

【作用】本発明によると、周波数が低くなるほどパルス
群に含まれる電気エネルギーが、例えばパルス数が多く
なるので、周波数が低い領域でも十分に強い刺激をおこ
なうことができる。

【００１０】また、周波数が高い部分と低い部分の電気
刺激強度を比較し、両者の刺激感覚が同じになるよう
に、パルス群の電気エネルギー、例えばパルス数を調節
し、全周波数領域で均一な電気刺激強度を得ることがで
きる。さらに、パルス幅は一定に保つことができるの
で、ＴＥＮＳのような特定のパルス幅のパルスで刺激し
たい場合にも使用することができる。

【００１１】

【実施例】請求項１記載の発明は、パルス頻度（周波
数）を広い範囲で制御し、単一パルスの代わりにパルス
群を用い、低い周波数領域でも十分な刺激効果が得られ
るように、周波数が低くなるほどパルス群に含まれる電
気エネルギーを多くするものである。請求項２記載の発
明は、パルス群の周波数が低くなるほど、パルス群に含
まれるパルス数を多くし、パルス群の電気エネルギーを
増やすようにしている。

【００１２】図１に本発明の実施例を示す。図１のＴは
パルス群の周期、Ｔ‘はパルス群を構成する基本パルス
の繰り返し周期、ｔは基本パルスのパルス幅である。
（ｂ）と（ｃ）には直線状のパルスだけを示している
が、これは、パルスの数が判るようにしたものであり、
実際には基本パルスの波形は（ａ）のようなパルスであ
り、図１（ａ）は高周波領域の、（ｂ）は中間の周波数
領域の、（ｃ）は低周波領域のパルス発生状況を示す例
である。ここでは、（ａ）は１０００Ｈｚ、（ｂ）は１
００Ｈｚ、（ｃ）は１Ｈｚとし、基本パルスのパルス幅
ｔが１００μｓの双極性パルスを用い、パルス周波数
（１／Ｔ‘）が５ＫＨｚのパルスを考え、１０００Ｈｚ
で１個の、１００Ｈｚで３個の、１Ｈｚで６個のパルス
を出すようにした例を考える。これらの間にある周波数
では、周波数毎に、パルス群に含まれるパルス数を決め
ている。この決定法は後述する。

【００１３】例えば、装置のパネル面に付けたスイッチ
類を操作して、周波数を１００Ｈｚに設定し、出力調節
ボリュームを操作して適切な刺激強度になるように設定
すると、電気刺激がスタートし、周波数が５ｋＨｚの３
個のパルスを有するパルス群が発生し、生体を刺激す
る。通常は治療開始と共にタイマーが作動し、タイマー
が終了すると、出力も停止し、刺激を終了する。

【００１４】同様に、治療前に周波数を１Ｈｚに設定す
ると６個のパルスを有するパルス群を、１０００Ｈｚで
は１個を、それぞれ出力して治療を行う。本発明では、
基本パルスの数は、１個も複数という。本発明では、パ
ルス群に含まれる基本パルスのパルス幅、強度、周波
数、波形、双極性のパルスか単極性か、等は問わない
し、可変にしてもよい。図１例で、パルス群の周波数を
１０００Ｈｚから１Ｈｚまで連続的に変化させると、１
０００Ｈｚのとき、パルス群に含まれる基本パルスの数
は１個発生し、周波数が低くなるに従って基本パルスの
数が増加し、１００Ｈｚでは３個、１Ｈｚになると６個
のパルスを発生し、従来に比して１Ｈｚでは６倍の刺激
を与えることができ、低周波領域でも十分な電気刺激を
おこなうことができる。ただし、これらのパルスの数は
説明のための便宜上のもので、実際とは異なる。実際に
基本パルスの数を決定する方法は後述する。

【００１５】請求項３記載の発明は、少なくともパルス
周波数が高い部分と低い部分の２カ所で、電気刺激で感
じる強さが同じになるようにパルス群の電気エネルギー
を補正し、全周波数領域でほぼ均一な刺激強度が得られ
るようにするものである。図２は周波数とｄｕｔｙの関
係を表すグラフである。ｄｕｔｙとは、パルス幅とパル
スの周期との比の平方根で、そのエネルギーを表す。つ
まり、このグラフはパルスの周波数とエネルギーの関係
を示す。パルス幅が一定の単一パルスでは、各周波数
で、周期とパルス幅との比をとり、ｄｕｔｙを求め、全
周波数についてプロットをとると、Ａの曲線が得られ
る。

【００１６】請求項３記載の発明では、高い周波数で
（例えば１０００Ｈｚ）で所定のパルス（例えばパルス
幅１００μｓ）のパルス群（例えば１個）を発生させて
刺激強度を求め、その後、１Ｈｚでパルス群を発生さ
せ、パルス群に含まれるパルス数を変化させながら、１
０００Ｈｚ時の刺激強度と比較し、両者の刺激強度が同
じと感じられるパルス数を決定し、このときのｄｕｔｙ
を計算して、Ｐ点を決定する。その後、Ｐ点とＱ点とを
結んで、曲線Ｂを得て、この曲線から各周波数に対する
ｄｕｔｙを読みとり、パルス数を計算する。パルス幅ｔ
に変えると、このパルスに対する曲線を求めることがで
きる。

【００１７】この例では、１０００Ｈｚ時に１個のパル
スを出す例を示したが、複数個にしてもよい。Ｐ点の決
定は、人の間隔に依存するので、多数で測定して平均的
な値を求めればよい。Ｐ点は変更できるので、個人に適
した補正をおこなうことができる。

【００１８】この例では、Ｂ曲線を、Ｐ点を決定した
後、Ａ曲線に類似した形状にしたが、Ｐ−Ｑをより変化
の少ない曲線にしたり、直線にしたりすることもでき
る。以上の説明では、周波数が高い点と低い点の２カ所
で電気刺激強度が同じになるように補正した例を示した
が、途中の複数の周波数で至適強度を求めて、これをプ
ロットして、各周波数におけるパルス群に含まれるパル
スの数を決定してもよい。人体は非線形特性を有するの
で、いくつかの点で測定して決定した方が、より、全周
波数帯での刺激強度を均一にすることができる。均一な
刺激強度になるほど、刺激効率と治療効果が向上する。
なお、図２の直線Ｃは、瀬部手の周波数でｄｕｔｙを一
定にしたときの直線である。

【００１９】パルス幅は１００μｓの例を示したが、５
０μｓその他にしてもよい。また、双極性のパルス波形
の例を示したが、波形は単極性パルスや微分波形その
他、どのような波形でもよい。基本パルスの周波数は特
に問わない。

【００２０】以下に、図２のようにしたときの動作を説
明する。パネル面のスイッチを操作して、１Ｈｚから１
０００Ｈｚまでリニアに周波数を変化させるモードを選
択し、出力調節ボリュームを上げて適切な刺激強度にす
ると治療がスタートする。治療中、周波数は１Ｈｚから
１０００Ｈｚまでリニアに変化する。この間、出力周波
数によって、パルス群に含まれるパルス数は決定されて
おり、周波数が変化するに従って、パルス群に含まれる
基本パルスの数も変化し、与えるエネルギーも変化す
る。あるパルス群に含まれるパルス数は、生体の特性に
合わせて補正したものであるから、全ての周波数で均一
な刺激強度と刺激感を得ることができる。このため、治
療効率も、患者の満足も高いものになる。また、従来は
周波数の低い領域で刺激強度を設定すると、周波数が高
い領域になったとき、強い刺激のショックを受け、危険
であった。しかし本発明よると、刺激強度は全ての周波
数帯で均一であるため、どのような周波数で出力調節を
おこなっても、治療中に強いショックを受けることはな
く、安全に治療を受けることができる。

【００２１】

【発明の効果】従来は、パルス幅が一定の単一パルスで
刺激していたため、高周波領域で強い刺激となってい
た。このため、高周波領域で刺激強度を決定すると、低
周波領域では十分なエネルギーが供給できなくなり、治
療効果が低下し、患者の満足度も低くなっていた。逆
に、低い周波数領域で刺激強度をあわせると、高い周波
数領域で、強い刺激を受け、疼痛やショックが生じるこ
ともあり、危険であった。しかし本発明によると、単一
パルスの代わりにパルス群で刺激し、周波数が低くなる
ほどパルス群のエネルギーを増加させて使用するので、
低周波領域でも十分な電気刺激強度を得ることができ
る。しかも、疼痛やショックの少ない、安全な刺激を行
うことができる。

【００２２】また、高い周波数領域と低い領域とで刺激
強度の間隔を比較し、同じ刺激強度になるようにパルス
群のエネルギーを調節し、全周波数領域で均一な刺激強
度になるようにしているので、十分な治療効果と患者の
満足が得られる。

【００２３】また、パルス波形は一定に保つことができ
るので、ＴＥＮＳのような特定のパルス幅が必要な刺激
に使用することができ、すべての周波数領域で十分なエ
ネルギーを供給することができるので、従来よりも高い
鎮痛効果と、患者の満足が得られる。疼痛等、患者の満
足度が治療効果に大きな影響を与えることは多いので、
相乗的に治療効果を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で、３つの周波数におけるパル
ス群の様子を示す。（ａ）は高い周波数の、（ｂ）は中
位の周波数の、（ｃ）は低周波の、パルス郡の波形であ
る。

【図２】群パルスの周波数とｄｕｔｙとの関係を示す図
である。Ａ曲線は従来の単一パルスの、Ｂは本発明の例
である。

【符号の説明】

Ｔ・・・パルス群の周期 ｔ・・・パルス幅 Ｔ'・・・基本パルスの周期 Ａ・・・単一パルスの周波数とｄｕｔｙとの関係 Ｂ・・・本発明による実施例の周波数とｄｕｔｙとの関
係

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルスの周波数を変化させながら生体を刺
   激する電気刺激装置において、パルスにはパルス群を用
   い、パルス群の周波数が低くなるほどパルス群の電気エ
   ネルギーが多くなるようにし、パルスの周波数が低い領
   域でも十分な刺激感覚が得られるようにした電気刺激装
   置。
2. 【請求項２】パルス群は所定のパルス幅を有する基本パ
   ルスの集合であり、パルス群の電気エネルギーはパルス
   群を構成する基本パルスの数によって決定するようにし
   た、請求項１記載の電気刺激装置
3. 【請求項３】少なくともパルス周波数が高い部分と低い
   部分とで、電気刺激の強さが同じになるようにパルス群
   の電気エネルギーをあわせて、全周波数領域でほぼ均一
   な刺激強度が得られるようにした、請求項１又は請求項
   ２記載の電気刺激装置。