JP2021513378A - 加熱および/または冷却パッド - Google Patents
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Abstract
Description
人口の大多数は、「慢性的」な首および背中の緊張に苦しんでいる。慢性的な首および背中の緊張は、正しくない姿勢に繋がり得る。緊張および姿勢の悪さは、筋肉の血行不良を招き、例えば、偏頭痛を促進し得る。さらに、首および背中の緊張が起こった場合、痛みを避けるために、楽な姿勢がとられることが多い。長時間の楽な姿勢は、関節に甚大な損傷を引き起こす場合がある。加えて、椎間板は、悪い姿勢に起因して磨耗し得、急性椎間板ヘルニアに繋がり得る。これは、特に長期的な結果を有する。多くの影響を受ける人々は、いかなる追加の労力または運動を伴わずに、軟膏または温膏(heat plaster)などの受動的な手段を使用して緊張または痛みを取り除こうとする。多くの場合、痛みが残り、慢性化し得る。
本発明の目的は、費用対効果がより高く、より持続可能であり、よりインテリジェントである、生物および/または動物(以下、生物と称される)の身体への加熱および/または冷却エネルギーの送達のための改善された概念を提供することである。
この目的は、請求項1に記載の発明によるデバイス、請求項14に記載の発明による方法、および請求項16に記載の発明によるコンピュータプログラムによって達成される。
本発明の実施形態の以下の説明では、図中の同一または同等の要素は、異なる実施形態のそれらの説明が互換可能であるように、同じ参照符号を提供される。
−エネルギー源22。エネルギー源22は、固定されたまたは脱着可能な様式のいずれかで制御ユニット14内に収容され得る。しかしながら、エネルギー源22はまた、外部に配置されたエネルギー源22、例えば、ケーブルを介して、または、例えば、誘導性もしくは容量性エネルギー伝達によって、制御ユニット14内に収容される、電力供給システムとすることもできる。再充電可能なバッテリがエネルギー源22として使用される場合、制御ユニット14はまた、好適な充電回路104も備え得る。
−制御ユニット14の動作に関連する信号を受信するように構成されている、信号プロセッサ16としての信号処理手段。これらの信号38、107、116、117のうちのいくつかは、電気的であり、かつ制御ユニット14の外側から入ってきてもよく、その場合、信号は、電気コネクタ18を通してガイドされ得る。信号117は、デジタルであってもよく、その場合、それらは、信号プロセッサ16によって直接処理され得る。いくつかの信号プロセッサ16は、アナログ信号を直接処理することができる場合があるが、ほとんどの場合、アナログ−デジタル変換器(ADC)108が、外部アナログ信号38、107、116を処理して、それに応じてそれらを変換または調整するために使用され得る。
−コントロールまたはマイクロコントローラ110。これは、図10に示されるように、別個の構成要素であってもよく、または信号プロセッサ16と組み合わせられてもよい。マイクロコントローラ110は、制御ユニット14の動作を制御するように構成および配置され、特に、制御ユニット14は、1つ以上の電気コネクタ18を介してエネルギー源22から1つ以上の加熱および/または冷却要素26に出力されるエネルギーを制御するように構成され得る。いくつかのマイクロコントローラ110は、1つ以上の加熱および/または冷却要素26に適切な電流および/または適切な電圧を直接提供することができるが、ほとんどの場合、別個のパルス幅変調(PWM)、例えば、パルス幅変調器112によるPWM制御が使用され得る。そのような場合、マイクロコントローラ110は、皮膚を30℃まで2分間加熱すること、室温に冷却すること、1分間繰り返すことなどの治療指示を提供し得、電力制御は、次いで、任意の好適な制御アルゴリズム、例えば、PIDコントローラの伝達関数を使用して1つ以上の加熱および/または冷却要素26を動作させるように構成され得る。
−任意選択的に、ディスプレイ101が、皮膚温度、バッテリ22のステータス、または動作モードなどの重要なパラメータをオペレータに知らせるために提供され得る。
−任意選択的に、振動発生器42が、加熱および/または冷却以外の刺激を提供する手段として制御ユニット14内に含有され得る。これらの追加の手段は、示されるように制御ユニット14内、またはこれらの追加の刺激手段114に電力を提供するための電気コネクタ18を使用して制御ユニット14の外側に設けられ得る。
−任意選択的に、皮膚に対する高温誘発および/または低温誘発損傷を防止するための1つ以上の皮膚温度センサ38。信号処理手段16およびコントロール110は、パッド12の近くの皮膚が十分に熱過ぎない、および/または冷た過ぎない場合のみ、治療段階中に熱および/または冷たさを提供するように構成され得る。例えば、1つ以上の加熱要素26に電力を供給する前に、パルス幅変調器112からの電流信号が、まず、皮膚が閾値温度を下回っているか否かをチェックするために使用され得る。加熱治療を開始した後、皮膚温度は、連続的に監視され得、治療は、皮膚温度が事前設定された閾値を超える場合、停止され得る。例えば、1つ以上の冷却要素26にパルス幅変調器112からの電流信号を供給する前に、まず、皮膚が閾値温度を上回っているか否かがチェックされ得る。冷却治療が開始されると、皮膚温度は、連続的に監視され得、治療は、皮膚温度が所定の閾値を下回って下がった場合、停止され得る。これらは、ユニット14の外側に示されるが、熱撮像カメラまたは皮膚に面する開口部を含むユニット14の内側に取り付けられた光学温度検出器などの、他の選択肢もまた、ユニット14の内側で使用され得る。一般的に、約42〜43℃の最高温度が、皮膚への熱損傷を避けるために指定される。この目的のために、治療中の典型的な値は、約8℃〜15℃、好ましくは同様に最大20℃である。これらの値は、治療が適用される身体上の位置に応じて変化し得、個々に依存する。
−任意選択的に、複数の皮膚検出センサ107のうちの1つ。信号処理手段16およびマイクロコントローラベースのコントロール110は、パッド12が皮膚表面と十分に接触している場合のみ、治療ステップ中に熱および/または冷たさを提供するように構成され得る。例えば、1つ以上の加熱および/または冷却要素26に電力を供給する前に、測定値107が、まず、皮膚との十分な接触を確保するために取得され得る。治療が開始されると、皮膚接触は、連続的に監視され得、治療は、皮膚接触の程度が所定の閾値を下回って下がった場合、停止され得る。ユニット14の外側に示されるが、ユニット14内の容量検出器などの、ユニット14内の他の選択肢もまた使用され得る。1つ以上の皮膚温度センサ38はまた、皮膚検出センサとしても構成され得る。
−任意選択的ではあるが、好ましくは、安全監視および保護デバイス109。動作中の所定の条件下で、信号処理手段16およびコントロール110は、例えば、上述のように、皮膚温度が所定の範囲外である場合、または皮膚接触の程度が所定の閾値を下回っている場合、1つ以上の加熱および/または冷却要素26に供給される電気エネルギーを変化、またはさらに停止するように構成され得る。任意選択的に、電流、電圧、エネルギーおよび/または電力モニタ113が、皮膚に対する適用量を決定するために提供され得、適用量が所定値を超える場合、パルス幅変調器112の電流信号の電力は、変化されるか、またはさらに停止され得る。任意選択的に、ユニット14は、事前設定された限界および範囲を記憶するメモリを備え得、ユーザがこれらの限界および範囲を変化させるかまたは調整することを可能にすることが有利であり得る。任意選択的に、エネルギー源22の温度またはエネルギー源22の電荷状態などの内部パラメータもまた監視され得、例えば、信号処理手段16およびコントロール110は、治療を完了するために十分なエネルギーがエネルギー源22に存在しない場合、治療を停止または阻止するように構成され得る。
−任意選択的に、1つ以上の姿勢センサ、1つ以上のEMG(筋電図検査)センサ、1つ以上の曲げセンサ、1つ以上の3Dジャイロセンサ、1つ以上の加速度センサ、または1つ以上の歪みゲージなどの、追加のセンサ116、117。
−加熱および/または冷却パッド12が所望される温度に達するまでに掛かる時間、ならびにパッド12と隣接する皮膚との間の熱伝達速度。
−パルス幅変調電力制御112の電流、電圧およびエネルギー出力。
−エネルギー源22の最大電流、最大電圧および最大エネルギー出力。
−加熱および/または冷却要素26の種類。
−加熱および/または冷却要素26の寸法。
−加熱要素26について、加熱導体の抵抗および寸法(好適な金属は、銅、アルミニウム、プラチナもしくはクロムまたはこれらの金属の合金を含む)。
−加熱要素26について、加熱導体の密度(距離)。1つ以上の抵抗加熱要素がパッド12の中心から接続される実施形態では、パッドの中心部は、パッドの縁よりも速く加熱する可能性が高くなる。
−サービス制御プロファイル、例えば、PID制御は、通常、実際の値と目標値との間の誤差に基づく。しかしながら、初期加熱および/または冷却は、開始時にPIDコントローラの閾値を超えることによって加速され得る。例えば、所望される値は、1または2℃だけ増加され得、目標値が実際に42℃である場合、加熱要素は、44℃またはさらに45℃のオーバーシュート値が与えられ得る。安全上の理由から、通常、皮膚温度は、42℃または43℃で最大であるが、5秒以下で45℃などの、より高温が非常に短期間に関して許容され得る。適切な最適化によって、パッド12の中央付近の最大42℃の温度が20秒以内で達成された。
1からA=>加熱要素P(26)
1からB=>加熱要素Q(26)
Aに対して2=>加熱要素R(26)
Bに対して2=>加熱要素S(26)
3からA=>加熱要素T(26)
3からB=>加熱要素U(26)
Aに対して4=>加熱要素V(26)
Bに対して5=>加熱要素W(26)
参照符号のリスト
10 加熱および/または冷却デバイス10
12 加熱および/または冷却パッド
121 加熱および/または冷却パッドの下面
1210 接着表面
122 加熱および/または冷却パッドの上面
14 制御ユニット
16 信号プロセッサ
18 電気コネクタ
18a 制御ユニット上の電気接続要素
18b 加熱および/または冷却パッド上の電気接続要素
20 磁気コネクタ
20a 制御ユニット上の機械および/または磁気接続要素
20b 加熱および/または冷却パッド上の機械および/または磁気接続要素
22 電気エネルギー源
24 姿勢センサ
241 曲げセンサ
26 加熱または冷却要素
28 身体
30 システム、ネットワーク
32 無線リンク
34 モバイルデバイス
36 無線ユニット
38 温度センサ
40 電極
42 振動発生器
101 ディスプレイ
102 アンテナ
104 充電回路
107 皮膚検出センサ
108 アナログ/デジタル変換器
109 安全監視および保護デバイス
110 マイクロコントローラ
112 パルス幅変調電力制御
113 電流、電圧、エネルギーおよび/または電力監視
114 追加の刺激
116 追加のアナログセンサおよび検出器
117 追加のデジタルセンサおよび検出器
Claims (16)
- 加熱および/または冷却エネルギーを身体(28)に送達するための加熱および/または冷却デバイス(10)であって、
前記身体(28)に接続することができ、上面(122)および下面(121)を有する加熱および/または冷却パッド(12)であって、前記加熱および/または冷却パッド(12)の前記下面(121)上に、前記身体(28)の皮膚の表面に前記加熱および/または冷却パッド(12)を固定するために接着表面(1210)が設けられており、少なくとも1つの加熱および/または冷却要素(26)を含み、前記少なくとも1つの加熱および/または冷却要素(26)により、電気エネルギー源(22)によって放出される電気エネルギーが加熱および/または冷却エネルギーに変換されることができる、加熱および/または冷却パッド(12)と、
前記エネルギー源(22)を受容するように設けられ、信号プロセッサ(16)を有し、開ループおよび/または閉ループ制御信号を出力するために設けられており、前記開ループおよび/または閉ループ制御信号により、前記エネルギー源(22)から前記加熱および/または冷却要素(26)に出力される前記エネルギーが開ループおよび/または閉ループ様式で制御されることができる、制御ユニット(14)と、を備え、
前記加熱および/または冷却パッド(12)ならびに前記制御ユニット(14)が、少なくとも1つの電気コネクタ(18)であって、前記少なくとも1つの電気コネクタ(18)を介して、前記電気エネルギーが前記加熱および/または冷却要素(26)に送信されることができる、少なくとも1つの電気コネクタ(18)と、少なくとも1つの磁気コネクタ(20)と、によって互いに電気的かつ機械的に接続されることができる、加熱および/または冷却デバイス(10)。 - 前記加熱および/または冷却パッド(12)ならびに前記制御ユニット(14)は、
−追加の電気コネクタ(18)であって、前記追加の電気コネクタ(18)を介して、前記電気エネルギーが前記加熱および/または冷却要素(26)に送信されることができる、追加の電気コネクタ(18)と、
−追加の磁気コネクタ(20)と、によって互いに電気的かつ機械的に接続されることができる、請求項1に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。 - 前記加熱および/または冷却パッド(12)ならびに前記制御ユニット(14)が、少なくとも1つの磁気コネクタ(20)によって互いに電気的かつ機械的に接続されることができ、前記少なくとも1つの磁気コネクタ(20)を介して、前記電気エネルギーが前記加熱および/または冷却要素(26)に送信されることができる、請求項1または請求項2に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記電気エネルギー源(22)ならびに前記加熱および/または冷却要素(26)が、前記加熱および/または冷却パッド(12)を1分未満、好ましくは20秒未満、特に好ましくは5秒未満で20Kだけ加熱および/または冷却するように設計されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記加熱および/または冷却デバイス(10)が、少なくとも1つの姿勢センサ(24、241)を備え、前記姿勢センサ(24、241)が、前記身体(28)の少なくとも部分における姿勢および/または運動を検出し、姿勢データを生成するように設計され、前記姿勢データによって、前記エネルギー源(22)から前記加熱および/または冷却要素(26)に出力される前記エネルギーが開ループおよび/または閉ループ様式で制御されることができる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記加熱および/または冷却デバイス(10)が、データを送信および/または受信するための無線ユニット(36)を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記加熱および/または冷却デバイス(10)が、温度データを生成するように設計されている温度センサ(38)を備え、前記信号プロセッサ(16)が、前記温度データに応じて前記電気エネルギー源(22)の開ループ(110)および/または閉ループ制御のための前記開ループおよび/または閉ループ制御信号を生成するように設計されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 電極(40)が、前記加熱および/または冷却パッド(12)の前記下面に配置され、前記信号プロセッサ(16)が、筋電図検査による筋肉の緊張および/または導電率を測定することによる皮膚抵抗を決定するように設計されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記加熱および/または冷却パッド(12)の前記接着表面(121)が、接着剤、好ましくは感圧接着剤を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記接着剤が、ゲル状である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記加熱および/または冷却パッド(12)が、使い捨て要素であり、前記制御ユニット(14)が、再利用可能要素である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 前記加熱および/または冷却デバイス(10)が、前記電気エネルギー源(22)によって放出される電気エネルギーを、前記身体(28)に伝達されることができる機械エネルギーに変換するように設計されている振動発生器(42)を備える、請求項1〜11のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)。
- 加熱および/または冷却エネルギーを身体(28)に送達して、前記身体の筋肉を弛緩させるためのシステム(30)であって、
請求項1に記載の少なくとも1つの第1の加熱および/または冷却デバイス(10)と、前記第1の加熱および/または冷却デバイス(10)とデータを交換するために好適である、請求項1に記載の少なくとも1つの第2の加熱および/もしくは冷却デバイス(10)ならびに/またはモバイルデバイス(34)と、を備える、システム。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の加熱および/または冷却デバイス(10)の開ループおよび/または閉ループ制御のための方法であって、前記加熱および/または冷却デバイス(10)は、前記身体(28)に加熱および/または冷却エネルギーを送達するために設けられ、制御ユニット(14)と、個人の前記身体(28)に接続されることができ、かつ加熱および/または冷却要素(26)が設けられている加熱および/または冷却パッド(12)と、を備え、制御ユニットおよびパッドが、互いに電気的かつ機械的に接続され、制御信号が、前記制御ユニット(14)によって生成され、その制御信号によって、エネルギー源(22)から前記加熱および/または冷却要素(26)に出力される前記エネルギーが制御されることができる、方法。
- 前記姿勢(28)が、前記姿勢センサ(24)によって前記制御ユニット(14)内で測定および決定され、前記制御信号は、前記姿勢が矯正されるように前記加熱および/または冷却出力を制御するために、前記姿勢から計算される、請求項14に記載の方法。
- コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが、コンピュータまたはプロセッサ上で動作すると、請求項14または15に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
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