JP2008518689A - 運動増強内蔵型電気刺激装置および方法 - Google Patents

Abstract

内蔵型電気刺激装置により増幅される運動および電気刺激で運動を増強させる方法。装置および方法は、運動中に体の選択部分の回りに着用されるベルトまたは同様の装置により、腕または脚の、さらに言えば体の腹部または他の部分の選択された筋肉に電荷が適用されることに依存する。電荷は、電気刺激の量を増加させる筋肉のさらなる収縮を引き起こし、同様に、筋肉の解放は電気刺激を低減させる。独自のサイズ調整可能電極が提供される。使用される電極の数を変える独自のアプローチが開示される。さらに、握り器が開示され、電気刺激が手、手首および前腕の運動を電気的に増強させることを可能とする。加えて、使い捨て電極がさらに提供される。

Description

私、米国市民であり、カリフォルニア州リバーサイド市の住民である、Ａｒｔｈｕｒ Ｆ． Ｈｕｒｔａｄｏは、一定の新規で有用な運動増強内蔵型電気刺激装置および方法を発明したことを知らせ、また以下は、特許証のための出願の際に私には既知である本発明の最良の形態を含む明細書である。

関連出願
本出願は、“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｎｕｍｂｅｒ
ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｉｎ ａｎ Ａｂｄｏｍｉｎａｌ Ｂｅｌｔ”に対して２００４年１１月５日に出願された私の係属中米国仮特許出願第６０／６２５，０７１号、および“Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｇｒｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｓｏｆｔ−Ｃｏｎｔａｉｎｅｄ Ａｂｄｏｍｉｎａｌ Ｍｙｏｃｉｓｅｒ”に対して２００５年５月２日に出願された、米国仮特許出願第６０／６７６，５１４号の出願日の優先権に基づき、またそれを主張するものであり、それら両出願全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる。

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、概ね、体の選択された筋肉が刺激されて、運動を増強し筋肉の健康を高め、体の筋肉を制御する神経経路を改善し得る電気筋肉刺激における、一定の新規で有用な改良に関する。より詳細には、本発明は、選択された腕または他の体の筋肉の運動を電気刺激を用いて増強するために、これらの筋肉の回りに設置されたベルトと接続された独自のハンドグリップ運動具を提供する。加えて、本発明は、装置の動作の効率を犠牲にすることなく、電極の数が低減され得るようにベルト上に含まれる電極が構成される、独自のベルト配置を提供する。

２．関連技術の簡単な説明
２００５年４月５付けの私の米国特許第６，８７６，８８３号において、回転可能構成要素を有する運動装置が提供され、運動ベルトがその運動装置を使用する個人に適用され、運動の動作と共に筋肉の電気刺激を引き起こす構成要素に直接接続されている。その装置は、筋肉を運動させるには効果的で非常に有用であるが、個人はその運動装置においてある姿勢を取り、電極が体の所望の筋肉上に選択的に位置付けられるように電極をその上に有するベルトまたは同様の布製品を取り付ける必要がある。この概ね固定された電気刺激装置の欠点の１つは、ユーザが刺激装置を、電気刺激を伴った運動に対して導電性であり得る領域に運ぶことができないことである。さらに、ユーザは必ず運動装置を取得しなければならないので、明らかに装置は携帯可能ではなく、コストは望ましいものと比べると、大幅に高くなる。

多くの場合、従来の装置は実際の筋肉刺激セクションとは別に別個の運動装置があるという意味において携帯可能ではない。このように、筋肉刺激セクションが携帯可能であれば、ユーザは刺激装置と同様に運動装置を運ぶ必要がある。

私の米国特許第６，３４１，２３７号において、個人に装着可能であるベルト本質において電気筋肉刺激を処方する装置もまた提供されており、そのベルトは体の所望の領域に電気刺激を与えるために、人の体の選択された筋肉に対して再び位置付けられる幾つかの電極を含む。基本的に、ベルトまたは同様の装置は、位置付け可能な電極が効果的戦略的
に患者の体上に設置され、目標筋群または特定の筋肉もしくは筋群を刺激するように着用される。ベルトは、刺激される筋肉を含む患者の体の一部の回りにぴったりと巻かれるように設計される。その後、ベルト上の電極がこれらの筋肉に接触して経皮的に設置される。

この配置によると、当事者が運動すると、実際には身体運動が筋肉を刺激する。しかし、これらの先行技術刺激装置を使用すると、電気刺激もまた筋肉に与えられ、筋肉の伸縮がさらに引き起こされ、それによりさらに、効果的な運動が作りだされ、それにより利益が達成される。その結果、これらの装置は効果的に個人の身体運動を増強する。

容易に携帯可能でない任意の身体装置では、個人は固定位置でその装置を使用しなければならないことは明らかである。加えて、個人は常にその装置の場所にいるとは限らないかもしれないので、増強運動が採用できない場合がある。効果的に携帯可能であり、ほとんど任意の場所で使用可能な内蔵型増強運動刺激装置およびその方法を提供することが望ましいであろう。また、運動増強筋肉刺激を達成するのに十分でありかつ効率的に間隔が保たれる最小限の数の電極を備えた運動装置を提供することが望ましいであろう。

発明の目的
それ故に、本発明の主たる目的の１つは、ユーザによって操作され、ユーザの運動を増強し、それによりユーザが大きな相対的運搬不可能な運動装置によって制限されない多様な場所でこの筋肉刺激装置を採用することを可能とする、内蔵型の完全かつコンパクトな筋肉刺激装置を提供することである。

本発明の別の目的は、その筋肉に効果的に接触する電極を介して電気信号を筋肉に与えるように構成され、筋肉の収縮に応じて電気信号を与える、内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、他の方法で使用されるかもしれない一定の電極が結合されて、機器をより効率的なものとし、製造コストを低減するとともに、機器の使い易さを改善する、内蔵型の完全な運動増強筋肉刺激装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、ユーザの体の選択部分の回りに巻くための電気筋肉刺激装置で使用される身体巻きバンド配置であり、異なる筋肉または筋肉の一部用に採用された電極が装置の効率を犠牲にすることなく統合され、電気増強運動を妥協させることなく一定の電極の統合を可能とする、身体巻きバンド配置を提供することである。

本発明の別のさらなる目的は、比較的低コストで製造され、それにより装置を非常に手頃な価格で広く利用可能なものにし、それにより運動増強電気筋肉刺激から利益を得ることができるであろう多数の個人にとって魅力的となるであろう、上述のタイプの装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、内蔵型運動装置で電気刺激を介して筋肉運動を増強する方法であり、人の体の胴体部分または四肢へのバンドの装着を可能とし、効率的に運動の動作を達成する、方法を提供することである。

上記および他の目的を考慮して、私の発明は、以下の請求項で述べられ指摘される部分および構成要素の形態、構成、配置および組み合わせの新規特徴に存在する。

本発明の簡単な概要
広範な態様において、本発明は、ユーザにより操作され、ユーザの運動活動を増強させることができる、内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置に関する。加えて、装置はまた効果的であり、運動することなく単に筋肉刺激装置を使用することにより操作され得る。ほとんどの場合、本発明は、運動活動と併せて筋肉の刺激に適用可能だが、当然ながらかかる運動活動なしでも効果的である。

広範囲の態様において、本発明は、ユーザの体の選択部分の回りに使用されるように構成される、巻きつけバンドまたはベルトの装着に依存する。その選択部分は、例えば、腹部回りの領域などの胴体、または脚もしくは腕などの人の体の四肢の任意の１つを採用し得る。ベルトまたは他の布部材には、少なくとも１つの正極および１つの負極からなる電極手段が設けられる。実際は、複数の正極と少なくとも１つの負極がある。目標となる筋肉を介する電流経路を作成するために、通常、実質的に同じサイズまたは同じ表面積の負極と組み合わせて正極を有する必要がある。このように、刺激電流は目標となる筋肉を介して正極から負極または対極板へと流れる。但し、１対の別個の負極を使用する場合、１対の正極および１つのより大きい正極に対してより大きい負極を使用することが可能であるという事実を利用することも可能である。

本発明の製品は、電気刺激を利用して、腹部運動および通常の手、手首、前腕および上腕運動を電気的に増強する。本発明の目的はまた、自然運動を増強して高め、最大限の筋肉収縮ならびに広範囲の動きを促すことでもある。さらに、本発明は、弱くなったまたは、神経筋機能損失を被ったかもしれない単独の筋群の正確な発達を促進する。

本発明は、負荷に対する反復収縮に応じて、または電気刺激を介して筋繊維が成長するという原則に基づいて機能する。かなりの時間に亘る反復収縮により、毒性堆積（ｔｏｘｉｃ ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）を低減し、筋繊維の酸化容量および血液供給を改善することになる。負傷の場合または萎縮が生じた場合、ある期間に亘る筋肉の反復収縮は、単に毒性堆積を低減させるだけでなく、酸化容量を改善し、これは、言い換えると、より迅速な回復および治癒時間を促進させる。

本発明の装置は、コンパクトで内蔵型の筋肉刺激装置を使用する。その結果、個人が持ち運ぶことができ、ほとんどの任意の場所で使用できる。装置は、握り器の使用に応じて連続電気刺激の発生を採用する。この握り器は、個人の握り動作から生じる圧力に応じ、これが電気出力の強度を制御および調節する。この出力は、その後、バンドまたは他のアプリケータ上の電極に向けられる。

本発明の別の実施形態では、握り器は、個人の圧縮的な動きに応じる圧縮器に置き換えられる。このように、例えば、個人が圧縮的腹部持ち上げ（ｓｔｏｍａｃｈ ｌｉｆｔ）運動を使用すると、体の２つの部分間の距離を短くすることから生じる圧縮的動作は、出力刺激の生成も引き起こす。腕および前腕ならびに腹部の運動の使用は、本発明の装置を使用して採用され得る実施形態のほんの２つにすぎない。

本発明の好適な実施形態では、前述の装置のそれぞれにおいて、筋肉への出力刺激は摺動ポテンショメータにより調節される。但し、筋肉の動きに応じて筋肉への刺激を変化させる他の手段が採用され得るであろうことは認識すべきである。

筋肉の収縮が増すと、電極への電気刺激も比例的に増すことになる。同様に、圧縮力が減少すると、電気刺激は比例的に減少する。摺動ポテンショメータの代わりに、例えば、血圧計カフと同様の内部空気圧として増減する力から生じる変化に応じる他の機器を使用
することが可能である。これにより、握る圧力の増加に伴って電圧の段階的増加を引き起こし、また関連する筋肉を刺激する。電圧は、握る圧力が解放されると低減することになる。

ベルト上の電極は、腹部または腕および脚のいずれかの筋群に合うパターンで位置付けられる。ユーザが１方向に運動すると、筋肉を収縮しつつ刺激が加えられる。ユーザが反対方向に運動すると、刺激は低減する。

本発明はまた、異なる大きさの個人に適合するために、またはさらに言えば、異なる電極配置を達成するために、電極のサイズが拡大または低減される独自の電極構成を提供する。より具体的には、導電性の皮膚が導電性プレート上に配置され、その皮膚を介して電気的通信を提供し得る。プレートに対して皮膚の位置を調整することにより、電極のサイズもそれに応じて調整可能である。

本発明は多くの他の利点を有し、それが具現化され得る形態の検討により明白に明らかとされ得る他の目的を有する。これらの形態は、本明細書の一部を形成し本明細書に伴う図面において示される。それらは、本発明の一般的原則を例示する目的でこれより詳細に説明される。但し、以下の詳述および添付図面は限定の意味に取るべきでないことを理解されたい。

本発明を大まかに説明したが、添付図面が参照される。

好適な実施形態の詳細な説明
電気筋肉刺激を処方する装置は２００２年１月２２日付けの米国特許第６，３４１，２３７号に示され、また種々の電気筋肉刺激を適用する装置は２００５年４月５日付けの私の米国特許第６，８７６，８８３号に示される。これらの装置の各々は、必ずしも小型でコンパクトでなく、また完全な内蔵型ではなかった。場合によっては、装置は、相対的に移動可能ではない大型で固定された構造を含み、それによりユーザは固定場所で装置を使用した。個人を固定場所でシステムを使用するように制限するという問題は上記で説明された。

本発明は、完全に内蔵型でコンパクトおよび容易に運搬可能であり、選択された時間に使用するために個人と共に移動可能である運動装置の使用において、この問題および関連問題を克服するものである。この装置は種々の実施形態を想定し得、１つのかかる実施形態は図９乃至図１２と関連して以下に説明される。

まず、先行技術装置を開示する図１を参照すると、第１の正極２４と第２の正極２６を、負のいわゆる「リターン」電極２８とともに備えたベルト２２を有する四肢カフ（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ ｃｕｆｆ）実施形態２０がある。また、ともに第１および第２の正の電圧を印加するための第１の電圧調整制御３０および第２の調整制御３２も設けられる。しかしながら、装置は、外部運動装置と共に使用され、また図１で示されるように電圧／電流源３４に接続されているので、固定されている。

本発明は、図面の図９乃至図１２に示すように、装置４０を設ける際にこの制約を克服している。この場合、装置は運搬性が高く、筋肉を提供する神経線維に対する、または他の状態からの疾患もしくは損傷の結果生じ得る神経筋状態の治療用完全ユニットを構成する。この装置は、電気刺激を伴って動作し、正常な手、手首、前腕および上腕運動を電気的に増強する。それはまた、弱くなった、または神経筋機能の損失を有するのいずれかの特定筋群の発達を促進する。

本実施形態における本発明の装置は、詳細には図９乃至図１２に示すように、握り器４０の使用において具現化される。この握り器は、好適にはユーザの手に適合したしなやかで圧縮可能なシリコンゴム製の手の形状をした材料の塊４２で構成される。いかなる場合でも、握り目的の設計において快適に適合され、生物学機械的（ｂｉｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ）に正しくなければならない。本発明の実施形態において、図９に示すように、握り器４０は、ユーザの手の中に適合する大きさである。しかしながら、塊はユーザの指回りに適合して、ユーザの手４４の手のひらに保持される握り器の形態で配置され得るであろう。いずれの場合でも、握り器は基本的に十分にユーザの手に一致して、手または、さらに言えば、個々の指の運動を可能とすることが観察できる。

ハンドグリップを形成する材料は弾性圧縮性を可能とし、解放されるとその元の大きさおよび形状に回復する特質を有しなければならない。圧縮可能握り器において使用可能であろう材料の１つは、ハンドエクササイズボールなどの、ストレス緩和装置で現在使用されるものと同様である。当然ながら、シリコン、ウレタン発泡体などの発泡体などを含む他の材料。

握り器４０は、ジャックレセプタクル４８に接続され得、ベルト５４上に内蔵される１対の電極５２へのケーブル５０を介した接続のためにジャックレセプタクル４８（一方は活性電極であり、他方は対極板である）を備え、一方は活性および他方は対極板である。装置は個人の前腕に巻かれる。電極５２は、電気刺激の出力を筋肉に与える。電気信号の調節は、好適には実質的に握り器４０においては、一体化された完全ユニットとして摺動ポテンショメータを含む可動装置で達成可能である。

刺激信号制御機構５６は電気信号を制御し、例えば、前述の摺動ポテンショメータを含み得る。しかしながら、ユーザによって加えられる種々の圧力を検出することができ、それに応じて、電流出力を制御する任意の可動装置または器具がこの目的のために使用され得る。刺激制御機構５６については以下に詳細に説明する。

ハンド握り器４０はまた、電気筋肉刺激ユニット６４に接続されるケーブルセット６０を受ける、別のジャックレセプタクル５８を備える。この筋肉刺激ユニットはまた、所望に応じて再充電可能か、交換可能かのいずれかであり得るバッテリ６６を物理的に内蔵することになる。所望であれば、刺激ユニット６４は、非常に小型でコンパクトなユニットで構成され、実際に物理的に握り器４０に貼り付け可能であろう。いずれの場合も、装置の動作に必要な電流はバッテリ６６により与えられる。

ベルト５４は図面の図１１により十分示される。この場合、ベルトはユーザの前腕に巻かれて、その位置において解放可能に固定され得る。その他、腹部運動に対しては、図１１に示されるものと同様の構成要素を有する別のベルトが採用可能であり、これも所望の位置において、ユーザの回りに解放可能に固定されるであろう。図１１に示す実施形態では、電極５２はスライド７０に搭載され得、後者はバンドに沿って所望の位置にシフト可能であり得る。バンドはまた、従来通りファイバ締め付け装着ストリップ７２ならびに、反対側の協働ファイバ締め付け装着ストリップ７４を備え、すべて図１１に最もよく示される。

刺激制御機構は図１１および図１２の拡大図に示され、握り器の内部に設置されるポテンショメータ５６と同様の摺動ポテンショメータ７０を含む。圧縮圧力が装置に加えられると、ポテンショメータのスライドが起動、すなわち内側に押されて、刺激装置により生成される電気抵抗を低減する。これは、電極５２に対する電気刺激の増加を生じ、その結果筋肉の収縮を起こす。または参加者が握力を解放すると、握り器の元の形状に戻る。さ
らに、スライドポテンショメータはその後抵抗を高め、その結果、電極への刺激を減少させる。

スライドポテンショメータは、ユーザの握り手のひらに基本的に一致した弓状のプレート７４に接続された可動ロッド７２を含む。可動ロッド７２は、アーム７２またはそうでなければ、そのアームの延長を受けるバネ７６により、コイル８２から外側に付勢される。アーム７２がコイル内で移動すると、誘導結合を介して信号が増加するかまたは減少するように作用する。バネ７６は常にアーム７２を握力の作用に反して外側に、すなわち、図１２に示す左側に付勢されることになる。また、摺動ポテンショメータの一部を形成するアーム７２の端部を受けて、その地点で動きを停止するように配置されたバックストップ７８も設けられる。

握り器へ圧力を加えると、同時に起こる電気刺激は、握るなどの特定活動を行う役割を担う筋肉に向けられる。刺激は、参加者により加えられ得る握力と量的に結合される。電極５２は、この作用を引き起こしている筋肉上に設置される。刺激と調和したある範囲の動きを受けることにより、筋肉反応はわずかな随意筋活動に対してでさえも増大される。さらに、神経筋経路は促進されるか、または鍛え直される。グリップに加えられる圧力の量を制御することにより、ユーザは影響を受ける筋肉に対する刺激の大きさおよび期間を制御する能力を有する。これはまた、参加者が任意のタイプのリハビリにおいて活動的役割を行うという点において、心理的および生理的利点を提供する。

図９は、握ることにより前腕の運動を増強する電気増強握り器の使用を図示する。但し、二頭筋および三頭筋に関連した運動に関して同じ原則が適用される。

二頭筋を運動させる場合、カフ５４が上腕に適用され、電極５２が二頭筋上に設置される。ユーザは腕屈曲を行うことにより二頭筋を作動させると、ユーザは同時に握り器に圧力を加えて、電気刺激を二頭筋に伝える。ユーザは腕を伸長することにより二頭筋をリラックスさせると、ユーザは同時に握り器の圧力を解放して、それにより二頭筋への刺激を減少させる。

三頭筋を運動させる場合、カフ５４は上腕に適用され、電極５２が三等筋上に設置される。ユーザは腕伸長を行うことにより三等筋を作動させると、ユーザは同時に握り器に圧力を加えて、電気刺激を三等筋に伝える。同様に、ユーザは腕を屈曲することにより三等筋をリラックスさせ、ユーザは同時に握り器の圧力を解放して、それにより三等筋への刺激を減少させる。

電気増強運動は、筋肉の発達に関して、筋肉は随意収縮のみを使用するかまたは通常の運動を介して可能であるよりも、さらなるレベルまでより十分に収縮するという点において特有である。

図１４および図１５は、電気刺激を腹部における筋肉に適用するために、個人の腹部の回りで使用される、本発明に係る筋肉刺激装置９０を示す。運動する人９２は、最初は図１５に示すように安静位またはリクライニング位置を取り、そこから図１４に示すように肩が床または支持面から離れる部分的腹筋運動位置まで動く。この後者の位置を取ることにより、腹直筋および斜筋の運動が行われる。

ベルト９０は図１６の直立した個人９４上に示される。この場合および腹部上で使用されるベルト９０の場合は、構成は図面の図９乃至図１１に示されるものと同様であろう。筋肉刺激装置はまた、すでに説明したタイプのハンド握り機構で使用されるものと同様の電気刺激制御装置９４も含むであろう。この場合、制御装置９４は図面の図１７において
より十分に図示される。この制御装置は同様に、ハンドグリップ装置で使用されるものと同様の構成の摺動ポテンショメータ９６を含み、バネ７６と同様のバネ１００により収縮に対して付勢されたアーム７２と同様のアーム９８を含む。摺動ポテンショメータ機構の構成の残りの詳細はハンド握り器との関連ですでに説明されたものと同様であり、それ故に、さらなる詳細はここでは説明されない。

腹部筋肉刺激装置として動作する、図面の図１４乃至図１６および図１７で示される本発明の実施形態では、ユーザが第１の方向に運動すると、刺激は対象者の腹部において収縮する筋肉に加わる。ユーザが反対方向に運動すると、減少した刺激がユーザのこれらの筋肉に加わる。電極（本実施形態では図示せず）は、腹部の筋群に合ったパターンでベルト９０上に配置される。これらの筋肉は、上腹直筋（“ＵＲＡ”）、下腹直筋（ “ＬＲＡ”）、右斜筋（“ＲＯ”）および左斜筋（“ＬＯ”）を含む。

この装置により、外部腹部運動装置の必要性が除去される。さらに、位置検出装置は、腹部の動きに応じて電気信号の生成を生じることが可能な任意の形態を採用し得る。この検出装置は、生成器により生成される刺激の強度を管理する変換器を有する。

ポテンショメータが変換器として動作する摺動ポテンショメータを使用することも可能である。その変換器は腹部の角度位置を伝え、生成器により加えられる刺激を調節する。ユーザが腹筋運動を行うと、下および上腹部直筋間の距離が短くなり、摺動ポテンショメータのステムを作動する手段を提供し、これが電流強度を調節することになる。

使用され得る別の検出装置は、収縮およびリラックスした筋肉の電気的活動を検知するものである。腹筋運動が行われると、計装はコンピュータにその活動に応じた信号を配信することになる。このように、適切な電気刺激が監視され、応答信号が生成され得る。

このように、本発明は、採用し得る多くの実施形態の単に１つの例示である腹部運動刺激装置の２つの形態を示している。実質上、ポテンショメータまたはコイル内で動き、筋肉の動きに応じる任意の可動部材は所望の応答を生成し得る。電源は従来通り装置そのものに適用されるか、所望の場合は別個に配置された電源に接続され得る。

本発明はまた、独自に設計された電極配置を有する方法およびベルトならびに、例えば、腹部ベルトまたはユーザの四肢回りに配置されるベルトなどのベルトにおける電極の数を統合する方法を提供する。１つの従来の形式のベルトが本願の図２において図示され、Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｐｐｌｙｉｎｇ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｕｓｃｌｅ Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ Ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｈｅｒｅｆｏｒに対して、２００５年４月５日付けの私の米国特許第６，８７６，８８３号および２００５年１月２８日に出願された私の同時係属中米国特許出願第１１／０４６，４９６号の図２において説明及び図示される。

効率を高め、幾つかの電極を備えるベルトの構成のコストを低減するために、これらの電極の一部を除去することが可能であるが、但し、この除去はベルトが刺激される筋肉の最適制御を維持し、尚、効率の損失を最小限にすることを可能とするような方法で行われる限りにおいてである。

統合により適し得る電極は、ベルトにおいて概ね垂直配置で位置付けられた対極板に関連付けられたものである。前述の通り、米国特許第６，８７６，８８３号で示されるような従来の配置も本図面の図２により全体的に図示される。この場合、本明細書の図２に示すような方法で接続した４つの正極と３つの負極とを有するベルト９０がある。これらの電極は本明細書では参照番号により識別されているが、時には文字コードで識別される。
これらの電極の識別に使用される文字コードは、以下のように示される。

ＵＲＡＥ 上腹直筋電極
ＬＲＡＥ 下腹直筋電極
ＣＵＥ 中央臍（Ｕｍｂｉｃａｌ）電極
ＲＬＯＥ 右側斜筋電極
ＲＲＯＥ 右直筋／斜筋電極
ＬＬＯＥ 左側斜筋電極
ＬＲＯＥ 左直筋／斜筋電極
ＢＣＯＥ 左右斜筋電極に対するバランス制御
ＢＣＡＲ 上下腹直筋に対するバランス制御
統合に最も適した電極は、ベルトを通る図２の真中垂直線に沿った負極の３つである。従って、図２を参照すると、通常の電極配置が示される。

図２の先行技術の図示を参照すると、３つの通常の対極板９６、１００、１０２がある。左側斜筋電極９８（“ＬＬＯＥ”としても識別される）および右側斜筋電極１０４（“ＬＬＯＥ”と呼ばれることもある）、下腹直筋電極９４（“ＬＲＡＥ”と呼ばれることもある）および上腹直筋電極９２（“ＵＲＡＥ”と識別されることがある）などの、４つの正極がある。対極板１００は、左直筋／斜筋電極（または“ＬＲＯＥ”）と呼ばれることがあり、対極板９６は中央臍電極（“ＣＵＥ”）と呼ばれることもあり、後者の対極板、すなわち１０２は右直筋斜筋電極（“ＲＲＯＥ”）と呼ばれる。最後に、典型的には２つのバランス制御１０６および１０８がある。バランス制御１０６は右および左斜筋電極対するバランス制御（“ＢＬＯＥ”と呼ばれることがある）、およびバランス制御１０８は、上および下腹直筋に対するものである（“ＢＣＡＲ”と呼ばれることがある）。

中央臍対極板ＣＵＥは臍領域に隣接するポイントに位置付けられ、対極板ＬＲＯＥは左直筋／斜筋接合に隣接して設置され、右対極板ＲＲＯＥは右直近／斜筋接合に隣接して設置されるであろうことが理解できる。実質的に、電極を統合する最も簡単な方法の１つは、対極板１００ＬＲＯＥおよび１０２ＲＲＯＥを電極ＣＵＥに統合することであろう。このように、単一の対極板が図２の臍領域に位置付けられることになる。

説明されるように電極を組み合わせる際に、バランス制御は１つの共通対極板、すなわち電極ＣＵＥと連結して動作し、かつそれを共有する。この場合、この統合された電極は、電気刺激の集中化を分散させるのに十分の大きさであることも観察され得る。

電極を統合するために、図３に示すように、電極１００および１０２はＣＵＥ電極９６と共に単一対極板１１０に統合され得るであろう。このように、臍領域には単一の対極板、すなわち電極１１０のみがある。従って、バランス制御により識別される２つのチャネルは、１つの共通リターンを共有する。当然のことながら、上記で示されるように、これらの統一された電極は必ず電気刺激のいかなる集中化も分散するのに十分な大きさでなければならない。

図３の構成を検討すると、基本的に２つの活性側位電極、すなわち左側斜筋電極９８および右側斜筋電極１０４があることが観察できる。側位電極は左右の斜筋を刺激して、バランス制御１０６と共に第１のチャネルを構成する。垂直電極は先に識別した上腹直筋９２と下腹直筋９４を構成し、これはバランス制御１０８と共に第２のチャネルを構成するであろう。この構成では、電極刺激ユニットは垂直電極のセットおよびそれに接触する筋肉を交互に刺激し、その後側位電極およびそれに接触する側筋のセットを刺激する。垂直電極が刺激されている間、側位電極はＯｆｆである。同様に、側位電極が刺激されている間、垂直電極はＯｆｆである。

これらの電極の動作に十分な電流は図４に説明される。電極の垂直および水平セット間で交互に起こる二相対称方形波パルス（ｂｉｐｈａｓｉｃ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｐｕｌｓｅ）が使用されることが観察できる。また、電流パルス１１８を有する第１の波形１１６および電流パルス１２２を有する第２の波形１２０があることが図４を参照して観察できる。電流パルス１１８は、電流パルス１２２からオフセットされる。従って、垂直および側位電極対間の刺激は、高周波数で交互に起こる。実際、この周波数は十分に高いので垂直および側筋が同時に刺激されていることをユーザにより知覚される。

リターン電流を収容するために、対極板の表面積は活性垂直電極の表面積に等しい。活性水平電極に関しても同様である。１つの実施形態では、各活性電極は同じ表面積を有し、対極板は各活性電極の２倍の表面積で、２つの活性電極は同じ対極板を共有する。

交互のチャネルを利用した本発明の別の実施形態は、さらに上腹直筋電極９４を除去することも含む。図５を参照すると、バランス制御１０６と共に第１のチャネルを構成するであろう、右斜筋活性電極１０４および左側斜筋活性電極９８の共通対極板である、対極板９６があることが観察できる。中央臍対極板９６および下腹直筋活性電極１２６はチャネル２を構成する。垂直バランス制御１０８はこの実施形態では除去される。

対極板の統合により、２つのチャネルの各電流の流れを絶縁することが出来なくなる可能性がある。これらのチャネルの電流は垂直方向に流れるので、改善された制御および筋肉絶縁のためには、各電流をさらに絶縁する必要があり得る。提案される解決策で、内部電極絶縁を備える修正された電極または３電極（ｔｒｉ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を作成することにより、図６に示されるタイプのさらなる回路配置を成す。

図６を調べると、電極セクション１３０、１３２、１３３で構成され、電極１００、１０２および９６を効果的に統合する、新しい３電極１３１があることが理解できる。他の電極は基本的に同じままである。３電極１３１は基本的に、セクション１３０、１３２および１３３などの３つの導電セクションを含み、それらすべては電気的絶縁材１３４により絶縁される。これは、効果的に３つの電極、左直筋斜筋電極１００、右直筋斜筋電極１０２、および中央臍電極９６のそれぞれを絶縁する。

この新しい統合された対極板は、刺激される筋肉の広さに依存して、横のサイズを変え得る。より小さいサイズの電極は腹直筋に亘ってのみ延在するように制限され得るが、一方より大きい３電極は腹直筋に亘って延在し、さらに左右において部分的に斜筋に接触し得る。電極１３２はチャネル１用リターンとして機能し、電極セクション１３０および１３３はチャネル２用リターンとして機能することになる。チャネル１の電流の流れは、チャネル２の電流の流れに対して直角方向にある。

４電極ベルトを提供する、さらなる電極設計が図７に示される。これは、図６における上腹直筋電極９２の除去を含む。通常は、上腹直筋より下腹直筋の刺激に重点が置かれる。下腹直筋の方が運動が難しく、典型的には運動を怠る領域である。上腹直筋にはさほど重点が置かれないで、正の上腹直筋電極が除去され得、これはまた中央対極板１３１の位置を調整するのにさらなる余裕を与える。従って、中央対極板は正の下腹直筋電極からさらに離れて位置付けられる。これにより、これらの電極の接近により生じるエッジ効果の不快またはちくちくするような感覚が回避される。

図８に示される配置で斜筋を刺激するのにより優れた制御が達成される。図８に示すこの構成は、図２に示す構成と全く同様である。但し、この場合、上腹直筋電極９２は除去
されている。この場合、中央臍電極９６を調整するより多くの余地がある。これは６電極構成を生じる。電流ダイバータまたはバランス制御１０６はまた、先の配置と同様にチャネル１用のこの配置において使用される。しかしながら、チャネル２用バランス制御１０８は除去される。チャネル１などの第１のチャネルは、左側斜筋電極９８および右側斜筋電極１０４、ならびに対極板１００、１０２およびバランス制御１０６を含むことになろう。第２のチャネルは、実際には、対極板９６および活性電極９４を構成する。バランス制御１０８は除去される。バランス制御は、ベルトの機能を行うのに必要なチャネルまたはユニットの数を低減する方法を提供する。

ユーザが例外的に大きい場合の多くは、通常、電極は刺激を必要とする筋肉上に直接位置付けされないであろう。さらに、より大きい電極がより快適な刺激を与えることは既知であり、これは電流の集中を分散し、これにより小さい電極で経験されるであろう任意の鋭いちくちくする感覚を減少させる。より大きい電極はまた、より大きい接触領域を有し、より多数の神経筋受容体（ｎｅｕｒｏ−ｍｕｓｃｕｌａｒ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）を刺激する。より分散された電流およびより多数の神経筋受容体刺激のこの組み合わせにより、より快適で効率的刺激が提供される。

１つのこのような配置が図面の図１８および図１９に示され、電極のサイズの調整が可能とされる。この場合、図３のように、ベルト上に貼り付けられて、炭素基などの柔軟性材料で形成され得、また刺激される筋肉上でユーザの皮膚に適用されるように構成される電極ベース１５０がある。ベース１５０上、面方向に配置されるのは、導電性の皮膚１５２または図１８に示すようないわゆる「パッド」である。図１８の右手部には、パッドがベース１５０に対して部分的に右にシフトされ得ることが観察できる。このように、電極のサイズがより大きくされる。この配置は図１９Ａにも示され、パッド１５２はベースパッド１５０上に直接設置される。但し、図１９Ｂの右手バージョンでは、パッド１５２はベ−ス１５０に対して部分的にオフセットされている。さらに、図１９Ａおよび図１９Ｂの両方に示すように、電極ベース１５０上にリードケーブル１５４があり、図１８および図１９に示すようなこの電極配置は、電極のサイズを調整する方法を提供する。これは、異なるウェストサイズに関してサイズを大幅に変化させるので、斜筋を刺激するための電極の表面積を調整するのに非常に有用である。本実施形態は効果的に衣類に貼り付けられる導電性ベースから効果的に成り、導電性パッドはベース上に位置付けられる。それにより、ベースに対してパッド電極の設置を位置付けることにより電極の領域サイズが調整可能である。

加えて、導電性パッドはまた、パッドが使い捨て可能であり、バッドを導電性ジェルと結合した接着剤を介してベースに貼り付ける方法を利用するという点において、経済的利点も提供する。本実施形態では、使い捨てパッドは留め金もしくは他の締め具または接続ケーブルもしくはリードの使用を必要としない。

このように、求められている目的および利点のすべてを実現する、独自でかつ新規の運動増強内蔵型電気刺激装置および方法が図示され、説明された。明細書および添付図面を検討した後、当業者には明らかとなる多くの変更、修正、変形ならびに他の使用および適用がなされ得ることは理解すべきである。それゆえに、本発明の精神および範囲から逸脱しない、いかなるこのような変更、修正、変形ならびに他の使用および適用も本発明により網羅されるとみなされる。

本発明に係る先行技術刺激装置の概略図である。 米国特許第６，８７６，８３３号において図示されたものなど、電気刺激において着用されるタイプのベルト上の電極の先行技術概略配置である。 本発明に係る１対の負極が統合された電極パターン配置の平面図である。 図３に示すタイプの電極パターンを用いて印加される電圧の概略波形図である。 本発明に係る電極統合の別の形態の概略平面図である。 本発明に係る電極統合を示すさらなる電極パターンの概略平面図である。 統合電極パターン配置のさらなる実施形態を示す、概略平面図である。 本発明に係る電極パターン配置の別の形態の概略平面図である。 本発明に係る、しなやかで圧縮可能な手で握ることができる装置を示す部分的断片（ｓｏｍｅｗｈａｔ ｆｒａｇｍｅｎｔａｒｙ）斜視図である。 装置がユーザの手により圧縮されたときの図９の装置の握りを示す概略平面図である。 図９および図１０の装置の一部を形成するベルトの平面図である。 図９および図１０のハンド握り器において使用される摺動ポテンショメータ配置の構成の詳細の部分的（ｓｏｍｅｗｈａｔ）概略平面図である。 図１２のライン１３−１３に沿った垂直断面図である。 腹筋運動の姿勢で本発明の筋肉刺激装置を使用した個人の平面図である。 安静位またはリクライニング姿勢の場合の図１４の個人の平面図である。 本発明に係る摺動ポテンショメータを内蔵する腹部ベルトを着用している、直立姿勢の個人の断片平面図である。 図１６のベルトにおける摺動ポテンショメータの詳細を示す拡大平面図である。 本発明に係る、表面積が増加された状態の電極配置の斜視図である。 図１９Ａおよび１９Ｂからなり、表面積が増加された図１８の電極配置を示す立面図である。

Claims (28)

1. ユーザにより操作され、ユーザの運動を増強させることができる、内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置であって、前記装置は、
   ａ）ユーザの体の選択部分の回りで使用されるように構成される巻きつけバンドと、
   ｂ）加えられた力に応じて動く可動部材を含む電流制御手段と、
   ｃ）前記バンドに関連付けられ、前記電流制御手段に接続され、可動部材の動きに応じ、かつ比例した電流を受け取る、電極手段と、
   ｄ）前記電流制御手段に操作可能に接続され、前記可動部材の動きに応じて電流を与える、電源手段と、
   ｅ）単一の小さなコンパクトユニットとして接続され、前記電極手段に電気的に接続される前記電流制御手段および電源手段と、
   を備える、筋肉刺激装置。
2. 前記加えられる力は、
   ａ）可動部材の動きを引き起こす筋肉の収縮を含むことをさらに特徴とする、請求項１に記載の内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置。
3. 前記バンドは、人の体の腹部または四肢のうちの１つの回りに適合する大きさにされ、形作られることをさらに特徴とする、請求項１に記載の内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置。
4. 前記電流制御手段は、
   ａ）握り締め可能部材と
   ｂ）前記握り締め可能部材に搭載され、前記握り締め可能部材上の握り締め動作の量に応じて動くように構成され、それにより握り締め動作に比例した電流の筋肉への伝達を引き起こす前記可動部材と、
   を備えることをさらに特徴とする、請求項２に記載の内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置。
5. 前記可動手段は、
   ａ）アーマチャと、
   ｂ）前記アーマチャが内部で動くコイルと、
   ｃ）握り締め動作に対向するバネ手段と、
   を備えることをさらに特徴とする、請求項４に記載の内蔵型の完全およびコンパクトな筋肉刺激装置。
6. 筋肉の収縮に応じて電気信号を筋肉に適用するように構成される内蔵型の完全な運動増強筋肉刺激装置であって、前記装置は、
   ａ）ユーザの体の選択部分に対して柔軟性のある基板を適用および解放可能に保持するための適用手段と、
   ｂ）前記筋肉の収縮に応じて体の前記選択部分の筋肉に電気信号を適用するように位置付けられた、少なくとも１つの正極と、
   ｃ）前記装置の動作のために、前記正極と協働して、前記筋肉との電流経路を完成するように位置付けられる、少なくとも１つの負極と、
   を備える、装置。
7. 前記装置は、
   ａ）電気信号をユーザの体の異なる部位に適用するように、相隔たる前記基板上の複数の正極と、
   ｂ）前記正極と協働して、前記筋肉との電流経路を完成する、複数の負極と、
   をさらに備えることをさらに特徴とする、請求項５に記載の内蔵型の完全な運動増強筋肉刺激装置。
8. ａ）少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とが１つ以上の選択された筋肉に対して適切に位置付けられた、ユーザの体の一部の回りに固定されるように構成された布製バンドをさらに特徴とする、請求項６に記載の内蔵型の完全な運動増強筋肉刺激装置。
9. 前記適用手段は、
   ａ）布製バンドに固定される締め付け手段を用いてユーザの四肢回りに着用されるように構成される布製バンドをさらに備えることをさらに特徴とする、請求項６に記載の内蔵型の完全な運動増強筋肉刺激装置。
10. 前記刺激装置は、
    ａ）筋肉収縮に応じて、かつ比例して動く可動部材を有する変換器と、
    ｂ）前記可動部材の動きの量に応じて適用される電流の印加を制御するための、前記変換器と関連付けられた手段と、
    をさらに備えることをさらに特徴とする、請求項６に記載の内蔵型の完全な運動増強筋肉刺激装置。
11. 装置の効率を犠牲にすることなく統合された、異なる筋肉または筋肉の一部用に構成された電極を備える、ユーザの体の選択部分上の電気筋肉刺激に使用される、バンド装置であって、前記装置は、
    ａ）ユーザの体の一部に巻きつけるように構成され、そのような大きさにされたバンドと、
    ｂ）前記バンド上にあり、選択された筋肉または筋群に接触およびその上に位置付け可能である複数の正極であって、各正極は、電気回路ループの完全性が電気刺激を許すことを可能とするために負の接地経路を必要とする、複数の正極と、
    ｃ）前記バンド上にあり、またユーザの体とも接触可能な少なくとも１つの負極であって、複数の正極が１つの負極との電極対および完全回路ループを形成し、電気刺激が選択された筋肉に適用されるように、前記負極は複数の正極と協働して、また複数の正極との負の接地経路の完全性を可能する、少なくとも１つの負極と、
    を備えるバンド装置。
12. 前記装置は、
    ａ）複数の正極のうちの１対を構成し、通常は、両方の正極に対して別個の
    負の接地経路を提供するであろう、１対の正の腹直筋電極と、
    ｂ）１対の正極における各電極に対する単一の別個の負極であり、１つの負極が各正極に対して負の接地経路を確立する、単一の別個の負極と、
    を備えることをさらに特徴とする、請求項１１に記載のバンド装置。
13. 前記装置は、
    ａ）複数の正極のうちの１対を構成し、通常は、両方の正極に対して別個の
    負の接地経路を提供するであろう、１対の正極と、
    ｂ）１対の正の側斜筋電極における各電極に対する単一の別個の負極であり、１つの負極が各正極に対して負の接地経路を確立する、単一の別個の負極と、
    を備えることをさらに特徴とする、請求項１１に記載のバンド装置。
14. 前記装置は、
    ａ）複数の正極のうちの１対を構成し、通常は、両方の正極に対して別個の
    負の接地経路を提供するであろう、１対の正の腹斜筋電極と、
    ｂ）１対の正極における各電極に対する単一の別個の負極であり、１つの負極が各正極に対して負の接地経路を確立する、単一の別個の負極と、
    を備えることをさらに特徴とする、請求項１１に記載のバンド装置。
15. 負極の表面積は、各正極の表面積の約２倍であることをさらに特徴とする、請求項１１に記載のバンド装置。
16. 第１の二相電流を使用して正極の１つを作動し、第２の二相電流を使用して正極の第２を作動することをさらに特徴とする、請求項１１に記載のバンド装置。
17. 装置の効率を犠牲にすることなく統合された、異なる筋肉または筋肉の一部用に構成された電極を備える、ユーザの体の選択部分上の電気筋肉刺激に使用される、バンド装置であって、前記装置は、
    ａ）ユーザの体の一部に巻きつけるように構成され、そのような大きさにされたバンドと、
    ｂ）前記バンド上にあり、選択された筋肉または筋群に接触およびその上に位置付け可能である正極であって、各正極は、電気回路ループの完全性が電気刺激を許すことを可能とするために負の接地経路を必要とする、正極と、
    ｃ）複数の正極セルを含み、各セルは互いに絶縁されている、前記正極と、
    ｄ）前記バンド上にあり、またユーザの体とも接触する少なくとも１つの負極であって、複数の正極が別個の正の電気セルを形成し、少なくとも１つの負極は１つの負極と電極対および完全回路ループを形成し、電気刺激が、正極セルにより収縮される選択された筋肉に適用されるように、前記負極は複数の前記正極と協働して、また複数の前記正極との負の接地経路の完全性を可能する、少なくとも１つの負極と、
    を備えるバンド装置。
18. 前記正極は、
    ａ）導電性部材と、
    ｂ）前記導電性部材と関連付けられ、それぞれが互いに絶縁された複数の正極セルを形成する、少なくとも１つの絶縁体と、
    ｃ）前記電極セルに操作可能に接続された単一導体と、
    を備えることをさらに特徴とする、請求項１７に記載のバンド装置。
19. 内蔵型の体に適用可能な運動装置を使用した電気刺激を介する筋肉運動増強方法であって、前記方法は、
    ａ）人の体の胴体または四肢の１つに、内蔵電源を備えた、筋肉を介して電気回路を完成するための複数の電極を備えた刺激装置を適用する工程と、
    ｂ）人の体の一部を動かし、前記筋肉を運動させる工程と、
    ｃ）変換器の可動部材を動かし、可動部材の動きに比例した電気信号の生成を起こす工程と、
    ｄ）可動部材の動きの量に比例した大きさの電流を生成する工程と、
    ｅ）その電流を筋肉に適用して、筋肉の伸縮を増強させる工程と、
    を含む方法。
20. 刺激装置を適用する方法はさらに、
    ａ）人の体の胴体の一部の回り、またはその人の体の四肢の１つの一部の回りに布製バンドを巻く工程と、
    ｂ）刺激される筋肉に対して少なくとも１つの変換器を位置付け、筋肉の伸長または収縮に応じて、電流がその筋肉に伝えられる工程と、
    をさらに含むことをさらに特徴とする、請求項１９に記載の筋肉運動増強方法。
21. 前記方法は、
    ａ）前記変換器の可動部材の動きは、体の動きを介して筋肉が収縮または伸長されると発生する工程を含むことをさらに特徴とする、請求項１９に記載の筋肉運動増強方法。
22. 前記方法は、
    ａ）個人の手で部材を握り締め、それにより前記変換器の可動部材の動きを引き起こし、それにより、筋肉適用電気刺激の生成を引き起こす工程を含むことをさらに特徴とする、請求項１９に記載の筋肉運動増強方法。
23. 前記方法は、
    ａ）１対の負極を結合して単一の負極にし、１対の正極がその負極を介して完全回路で動作することを許容する工程と、
    ｂ）正極に印加される電流を調節して、単一の結合された負極の使用を可能とする工程と、
    をさらに含むことをさらに特徴とする、請求項１９に記載の筋肉運動増強方法。
24. 前記方法は、
    ａ）１対の正極を結合して単一の正極にし、１対の負極がその正極を介して完全回路で動作することを許容する工程と、
    ｂ）負極に印加される電流を調節して、単一の結合された正極の使用を可能とする工程と、
    をさらに含むことをさらに特徴とする、請求項１９に記載の筋肉運動増強方法。
25. 伸長および収縮されて、筋肉刺激システムのユーザ上の所望位置に適合して所望の領域を適切に覆い、刺激することが可能な電極アセンブリであって、前記アセンブリは、
    ａ）導電性で、ユーザの皮膚に適用されるように構成される柔軟性のあるプレートと、
    ｂ）前記プレートの少なくとも一部上に設置され、前記プレートに対して調整可能に位置付けされ、覆われた皮膚の表面積を増加させる、または覆われた皮膚の表面積を低減させることが可能な導電箔と、
    ｃ）ユーザの皮膚を介して電気回路を完成させるために前記プレートおよび前記箔に接続された電気接触子と、
    を備える、電極アセンブリ。
26. 前記アセンブリは、
    ａ）電流の正の電源への適用の、前記電気接触子の一方に関連付けられた手段と、
    ｂ）ユーザを介して電流経路を完成させるために、負の接地源への接続用の、前記電極の他方に関連付けられた手段と、
    をさらに備えることをさらに特徴とする、請求項２５に記載のアセンブリ。
27. 前記プレートは、前記電気接触子への接続用の電気バスを接続することをさらに特徴とする、請求項２５に記載のアセンブリ。
28. 前記箔および前記プレートはおおよそ同じサイズおよび表面積を有することをさらに特徴とする、請求項２５に記載のアセンブリ。

Images