JP2022524845A - 電気刺激を人間又は動物の被検体に印加するための医学療法装置 - Google Patents

電気刺激を人間又は動物の被検体に印加するための医学療法装置 Download PDF

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Abstract

患者着用式衣服は、患者の第１の筋肉又は第１の神経に配置された第１の電極及び第２の電極と、第２の筋肉又は第２の神経に配置された第３の電極及び第４の電極とに電気的に接続された第１のサブコントロールユニット又はマスタユニットを有する。衣服は、衣服に取り付けられたセンサを有する。センサは、衣服を着用している患者の位置、電気信号、又は動きを測定する。第１のサブコントロールユニット又はマスタユニットは、位置又は動きに関する情報を受信し、位置、電気信号、又は動きを予め記憶された望ましい位置の間隔、電気信号レベル、又は動きと比較する。位置、電気信号、又は動きが間隔外であるとき、マスタユニットは、第１の筋肉の収縮を引き起こす又は容易にするために、第１のサブコントロールユニットを通して刺激信号を第１の筋肉に送る。位置又は動きが間隔内であるとき、第１のサブコントロールユニットは、刺激信号を送らない。【選択図】図２６

Description

本発明は、医学療法装置に関する。
本発明は、一般に筋弛緩に関し、より具体的には、少なくとも筋刺激を使用することによる、中枢神経系（ＣＮＳ）に対する損傷を有する患者の痙性筋のための筋弛緩に関する。
中枢神経系（ＣＮＳ）に対する損傷は、治療及び治癒が困難である。中枢神経系（ＣＮＳ）への損傷によって引き起こされる病的に増加した筋緊張である痙性不全麻痺は、姿勢及び可動性の喪失の防止に対する重大な障害である。
今日では、痙縮などのＣＮＳ損傷症状の逆転のための治療的代替物は、非常に限られている。治療法は、症状を軽減するのではなく、機能の更なる喪失を防止するように構築される。真に機能を回復させ、長期的には痙性筋の筋弛緩を通して損傷を逆転させる治療は見出されていない。
痙攣自体に加えて、筋骨格痛が一般的な関連愁訴である。筋骨格系の機能障害に起因する疼痛は、ほとんどの場合、筋不均衡による筋痙攣によって引き起こされる。疼痛が適切に治療されない場合、患者は、治癒が困難な状態である慢性疼痛症候群を発症するリスクがある。
人体の筋肉に影響を及ぼすために利用可能ないくつかの技術が存在する。神経筋電気刺激又は筋電図刺激としても知られる電気筋刺激（ＥＭＳ）は、筋肉に電流を供給して収縮を引き起こすことにより、特定のエリアの筋量を増加させるための一般的に知られた方法であり、それにより、治療された筋肉の量が徐々に増加する。
経皮的電気神経刺激（ＴＥＮＳ）は、ＥＭＳと密接に関連しているが、筋肉を収縮させるように刺激する代わりに、電気刺激を使用して、他の身体部分の刺激を通して脳の気をそらすことによって、間接的に疼痛を治療する。米国特許第４，５８０，５７２号では、部位の電気的監視又はＥＭＳなどの電気刺激用の衣服が開示されている。
しかしながら、現在知られている筋刺激技法のいずれも、目標とする筋弛緩を提供するのに適していない。故に、増加した筋弛緩を可能にする衣服を含む新しい装置が有利であろう。
一般に、身体の生理機能に類似したＥＭＳ電流信号のパラメータが選択され得る。神経系における信号は、シナプスへの電流インパルス（刺激）と比較され得る。ある特定の量の刺激が生じると、信号物質が分泌される。
一般に、位相性ＥＭＳ刺激は、２～５０Ｈｚの範囲の周波数で与えられ、５～３００マイクロ秒の持続時間を有する。
痙性筋における筋弛緩は、選択された弛緩筋において制御された機能的筋収縮を誘発する可能性を与える。筋収縮を誘発するのに必要とされる周波数は、最適な拮抗筋弛緩に使用される周波数（２０Ｈｚ／３０μｓ）よりも高い。機能的筋収縮用の刺激周波数は、２５～５０Ｈｚの範囲であり、必要とされる持続時間は、５０～３００μｓである。
パルスＥＭＳ電流信号は、少なくとも以下のパラメータ、即ちパルス周波数、パルス持続時間、パルス強度によって制御される。
実験は、筋肉が約１５Ｈｚ～約３５Ｈｚのパルス周波数で収縮し始め、その周波数範囲で中枢神経系が電流信号の存在を感じることを示している。本発明者は、可能な限り低いが中枢神経系によって依然として検出可能な周波数を選択することによって、患者の不快感が低減され、その一方で痙性拮抗筋の自動弛緩が中枢神経系によって対処されることを認識した。約３５Ｈｚよりも高い周波数は、刺激された主動筋の短縮につながり、従って、拮抗筋における伸張反射の活性化につながり、それは、主動筋の相互痙攣につながるため、望ましくない。
電流信号のパルス持続時間は、神経信号のパルス持続時間に類似するように選択される。例えば、３０μｓなどの約５～６０マイクロ秒のパルス持続時間が適切であることが分かっている。しかしながら、更に短いパルス持続時間が有利となる可能性がある。ＥＭＳ電流信号の長すぎるパルス持続時間は、身体の神経生理学的パラメータに対応しない。
更に、より長いパルス持続時間はまた、筋肉不足のリスクを増加させ得るが、それは望ましくない。
ＣＮＳ損傷患者における痙性筋挙動は大きく異なるので、正しい主動筋にＥＭＳ電極が設けられ、それに対応する関節に振動器デバイスが設けられるように、使用前にシステムを較正するために神経筋系専門家の専門技能が必要とされる。全ての選択された筋刺激は、所望の弛緩効果を強化するために、解剖学的に関連する関節刺激と対にされる。更に、パルスＥＭＳ電流信号のパラメータが選択される必要があり、それらのパラメータは、患者間で異なり得る。
上記で説明した刺激及び較正技法は、国際公開第２０１１／０６７３２７号に更に開示されており、それは、痙性筋の筋弛緩用のシステム及び衣服に関し、本出願の出願人に譲渡されている。特に、システムは、関節及び筋肉の刺激を通して筋痙縮を低減することによって筋弛緩を引き起こすように適合される。システムは、電極を有する衣服と、ハードウェアユニットと、刺激を制御するソフトウェアとから成る。
国際公開第０３／００６１０６号は、身体上及び／又は身体中に位置付けられた電極のアレイを介して選択された組織を電気的に刺激するための方法及び装置に関する。各電極は、身体の組織の刺激された領域と刺激されていない領域との間の区別を提供するために、陽極、陰極のうちのいずれかとして接続され得るか、又はいずれにも接続されないことがある。
今日では、外部電気刺激療法を行う場合、患者の皮膚に電極を取り付けるための粘着剤を設けられた電極パッチを使用することが一般的である。これらの電極パッチは使い捨てであり、電極を取り付け、電気ケーブルを電極パッチの各々に接続することは、非常に時間がかかることが多い。
本発明の目的は、現在使用されている粘着性電極よりも使いやすく、使用に時間がかからない改善された刺激療法装置を達成することである。
電気刺激療法は、好ましくは、持続効果を与えるために少なくとも３０分間適用されなければならないので、刺激療法装置の１つの更なる重要な態様は、それが着用者にとって快適であり、使用が容易であることである。
本発明による装置の１つの大きい利点は、使用が容易であることである。これは、とりわけ、パルス発生回路を含む制御ユニットが、衣服に一体化された接続ユニットに接続ボードを取り付けることによって、いくつかの少ない手動ステップによって衣服に容易に取り付けられることに関連する。
衣服は弾性であり、患者によってぴったりと着用されることを意図される。衣服は、筋肉の外部電気刺激療法のために使いやすい方法で使用する準備ができている。電極、例えばシリコーン電極は、衣服の内面に配置され、その表面は患者の皮膚に面し、患者の皮膚に接触する。電極を接続ユニットに接続する電気接続部は、可撓性且つ弾性である。
衣服は、衣服が従来の洗濯機で洗浄され得ように選択された材料から作られる。
特に、衣服は、電極を１つ以上の接続ユニットに接続するように適合された電気接続部を含み、それは、衣服の全体的な可撓性／弾性に影響を及ぼさない。これは、一実施形態によると、例えば銀糸を弾性バンド若しくはリボン又は弾性片に織り込むことによって一体化することによって達成される。
別の実施形態では、絶縁導体が弾性片に一体化される（例えば織り込まれる）。
接続ユニットは、衣服に一体化され、例えば平坦な延長部を有し、可撓性である。好ましくは、それらは、ゴム材料から作られ、磁性材料を設けられる。特に、接続ユニットの各接続要素は、ゴム材料の下に磁石を設けられ、接続パッドが上面に取り付けられ、磁石によって適所に保持され得るように配置される。接続パッドも、当然ながら、取り付けを可能にする磁性材料を設けられる。
接続パッドは、接続パッドの各々を接続ユニットの嵌合接続要素に正確に接続するために、予め定義された位置に配置された磁性材料を有する可撓性の平坦なボードに配置される。接続ボード及び接続ユニットは、それぞれの部分において磁性材料によって生じる磁力によって共に保持される。
一実施形態によると、衣服における接続ユニット（複数可）及び接続ボード（複数可）の両方が可撓性材料で作られ、それは、衣服の着用をより快適にさせる重要な態様である。
本発明によると、制御ユニットは、電極の各々の接続を制御して、陽極、陰極として機能する状態にするか又は切断された状態にするように適合される。
この装置によって、例えば、印加された刺激パルスが時間的に分離されている場合、即ち電極のうちの１つが両方の筋肉に使用される場合、３つの電極によって２つの筋肉を刺激することが可能である。このことから、制御ユニットは、刺激パルスの印加の非常に柔軟な制御を可能にし、短い刺激持続時間を使用することによって、多くの筋肉及び筋肉群が療法中にカバーされ得るという点で、非常に複雑な刺激プログラムが使用され得る。
制御ユニットは、好ましくは、いわゆる開ループ制御を適用し、即ち、印加される電流／電圧を制御するためにフィードバックが使用されない。フィードバックを使用しない利点は、電極が皮膚への接触を一時的に失う場合、又は電極面と皮膚との間の接触エリアが減少する場合に、残りの接触面の電流密度が疼痛を招かないはずであることである。
電極を介して患者に供給されるエネルギーの量は、疼痛緩和用のデバイスによって使用されるエネルギーレベルよりも遙かに低い。そのようなデバイスの１つのリスク即ち欠点は、印加されたエネルギーが筋肉を刺激して収縮させ得ることである。
本発明に関連して使用される刺激エネルギーのレベルは、例えば国際公開第０３／００６１０６号に記載されたデバイスで使用されるレベルよりも遙かに低い。
本発明では、患者によって着用される衣服が提供される。衣服は、第２のモジュールに電気的に接続された第１のモジュールを有する。第１のモジュールは、患者の第１の筋肉に配置された第１の電極及び第２の電極と、第２の筋肉に配置された第３の電極及び第４の電極とに電気的に接続された第１のサブコントロールユニットを有する。サブコントロールユニットは、マスタユニットに電気的に接続される。第１のサブコントロールユニットは、マスタユニットから命令信号を受信する。第１のサブコントロールユニットは、命令信号中の命令に基づいて、刺激信号を第１、第２、第３、及び第４の電極に分配する。マスタユニットは、第１の刺激信号を第１のサブコントロールユニットに送る。第１のサブコントロールユニットは、第１の筋肉に配置された第１の電極に第１の刺激信号を送ることによって、第１の筋肉を短縮することなく、第１の刺激信号で第１の筋肉を刺激する。第１の筋肉の刺激は、第２の筋肉を弛緩させる。マスタユニットの測定ユニット（Ｕ１）は、第１の電極から第１の筋肉を通って第２の電極に流れる第１の電流値を決定し、第１の電流値をマスタユニット又は第１のサブコントロールユニット中の中央処理ユニット（ＣＰＵ）に送る。ＣＰＵは、第１の電流値を電流基準値と比較し、第１電流値が電流基準値未満であるときに第１の刺激信号の電圧を増加させる。
本発明の代替の実施形態では、マスタユニット又は第１のサブコントロールユニットのＣＰＵは、第２の筋肉上に据え付けられた第３の電極と第４の電極との間の電圧信号を測定する。
本発明の更に代替の実施形態では、マスタユニットのＣＰＵは、第１の刺激信号の第１の刺激パルスを第１のサブコントロールユニットに送る前に、命令を有するデータユニットを第１のサブコントロールユニットに送る。
本発明の別の実施形態では、測定ユニットＵ１は、パルス生成スイッチＳＷ１より前に抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下を連続的に測定することによって第１の電流値を決定する。
本発明の更に別の実施形態では、ＣＰＵは、第１の電流値が開始電流値を下回るときに第１の刺激信号の電圧を増加させる。
本発明の代替の実施形態では、スイッチＳＷ１は、第１の電流値が停止電流値に達したときに開かれ、スイッチＳＷ１は、第１の電流値が停止電流値よりも低い開始電流値に達したときに閉じられる。
本発明の別の実施形態では、第１の電流値が停止電流値と開始電流値との間で変動することを可能にすることによって刺激信号の電圧が設定される。
本発明の代替の実施形態では、第１の電極及び第２の電極の極性が切り替えられる。
本発明の更に代替の実施形態では、第１のサブコントロールユニットは、データパルスの命令に従って第１の刺激信号を第１及び第２の電極に分配する。
本発明の別の実施形態では、マスタユニットは、第１の刺激信号を、定電圧を有する電圧モードから実質的に定電流を有する電流モードに切り替え、電流は、開始電流値と停止電流値との間で変動することのみを許容される。
代替の実施形態では、ＣＰＵは、第１の刺激信号の周波数及びパルス長を変化させる。
本発明による医学療法装置を例示する概略ブロック図である。 本発明の実施形態による接続ボード及び接続ユニットの一部の概略断面図である。 本発明による医学療法装置の別の実施形態を例示する概略ブロック図である。 本発明によるボディスーツ又は衣服の概略正面図である。 本発明によるサブコントロールユニットの概略上面図である。 図５に示すサブコントロールユニットの側断面図である。 ２０Ｈｚの刺激パルス信号の概略図である。 ２００Ｈｚの刺激パルス信号の概略図である。 本発明による腕に接続されたサブコントロールユニットの概略図である。 本発明による電圧モードと電流モードとの間で切り替え可能な装置の概略図である。 本発明による、図１０に示す装置が電流モードにあるときの電流信号の概略図である。 本発明による、図１０に示す装置が電流モードにあるときの電流信号の概略図である。 本発明による、図１０に示す装置が電圧モードにあるときの電流信号の概略図である。 本発明による、図１０に示す装置が電圧モードにあるときの電流信号の概略図である。 本発明による電極の概略上面図である。 本発明による図１２に示す電極の概略断面図である。 本発明によるデータパルスを含む刺激パルス信号の概略図である。 本発明によるサブコントロールユニットの詳細な概略図である。 本発明による電極に接続されたサブコントロールユニットの詳細な概略図である。 本発明による分配ユニットの概略図である。 本発明によるボディスーツを着用している人の頭部上に据え付けられたサブコントロールユニットを含む図４に示すボディスーツの一部分の概略正面図である。 本発明によるマスタユニットのコンポーネントの概略図である。 本発明による動きセンサに接続された図９に示すサブコントロールユニットの概略図である。 本発明のボディスーツの代替の実施形態の概略図である。 装置が電圧モードにあるときの筋肉における電流の概略図である。 装置が電圧モードにあるときの筋肉における電圧の概略図である。 ６５００オームの内部抵抗を有する、筋肉上に据え付けられた１００オームの電極の概略図である。 図２２Ｃに示す筋肉上に据え付けられた１０００オームの電極の概略図である。 本発明の修正されたサブコントロールユニットの概略図である。 本発明のマスタユニットの修正された部分の概略図である。 大きい電極を有する本発明のボディスーツの代替の実施形態の概略図である。 本発明の腕モジュールの概略断面図である。 本発明のボディスーツを着用している立っている人の側面図である。 本発明の電極に電気的に接続された座っている人の側面図である。
本発明を、ここから、添付の図面を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明は、人間又は動物の被検体に電気的刺激を印加するための、前記被検体にぴったりと配置されるように適合された衣服４を備え、被検体の皮膚に電気的に接触するように適合された複数の電極６を内面に設けられた、医学療法装置２に関する。
装置は、所定の療法刺激プログラムに従って、陽極、陰極のうちの１つ又は多くとして機能するか又は切断されるように各電極６を提供するように適合された制御ユニット８を更に備える。
少なくとも１つの接続ユニット１０が設けられ、接続ユニット１０は、可撓性及び弾性である別個の接続線１４を介して電極６にそれぞれ電気的に接続された所定の数の接続要素１２を備える。そして、制御ユニット８に電気的に接続された所定数の接続パッド１８を備える少なくとも１つの接続ボード１６が設けられる。
接続ユニット１０は、衣服４の一体化された部分であり、好ましくは、接続要素１２が前記接続ボード１６の接続パッド１８への電気接続を確立するためにアクセス可能であるように配置される。その点に関して、接続パッド１８を嵌合接続要素１２に電気的に接続するために、接続ユニット１０と接続ボード１６とが互いに取り付けられたときに互いに対して位置付けられるように、接続ボード１６は、締結手段２０によって接続ユニット１０に取り外し可能に取り付け可能である。
一実施形態によると、締結手段２０は、磁力によって接続ボード１６を接続ユニット１０に取り外し可能に取り付けるように適合される。図２は、接続ボード１６及び接続ユニット１０の一部の概略断面図である。図では、磁力は、接続ボード１６及び接続ユニット１０の予め定義された位置にそれぞれ配置された、図では別個の磁石として示す磁性材料によって生成されることを示している。図では、磁石は、電気的接続を確実にするために、パッド１８及び要素１２の各々の背後に配置される。代替として、磁石は、例えば１つおきのパッド及び要素の後ろ、又はパッド及び要素に近い位置に配置され得る。
接続ボード１６及び接続ユニット１０における磁石の位置は、これらが互いに対して正確に位置付けられることを保証する。位置付けを更に改善するために、１つ以上の突起及び嵌合窪み（図示せず）が、接続ボード及び接続ユニットにそれぞれ配置され得る。
代替として、締結手段２０は、接続ボードを接続ユニットに取り外し可能に取り付けるように適合された機械的手段を備える。これらの機械的手段は、例えば、パッドと要素との間の電気的接続を確立するために接続ボードと接続ユニットとの間に必要な圧力を提供するように構成された１つ以上のベルクロストラップを備え得る。機械的手段はまた、何らかの種類のスナップ接続によって具現化され得る。
好ましくは、接続ユニット１０は、本質的に平面の延長部を有し、可撓性材料、例えば可撓性ゴム材料から作られる。
また、一実施形態に従って、接続ボード１６は、本質的に平面の延長部を有し、可撓性材料、例えば可撓性ゴム材料から作られる。
しかしながら、衣服の着用を快適にするために、特に接続ユニット１０が可撓性材料から作られることが有利であるが、本発明の範囲内で、接続ボード１６及び／又は接続ユニット１０が剛性材料から作られることも可能である。一実施形態によると、接続ユニットは、可撓性材料から作られるが、接続ボードは、より剛性の材料、例えば適切なプラスチック材料から作られる。
接続ボード１６及び接続ユニット１０は、本質的に同じ大きさを有する。例証的な一実施形態では、形状は、８～１２ｃｍの間隔長が、１．５～３ｃｍの幅、及び０．２５～１．５ｃｍの厚さを有するほぼ長方形である。
当然ながら、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で、他のサイズ及び形状、例えば円形及び楕円形が可能である。
各電極６をそれぞれの接続要素１２に接続する接続線１４は、衣服の着用者が妨げられずに動き得るように、可撓性且つ弾性である。
一実施形態によると、接続線１４は、導電体が一体化された弾性片中に含まれる。これは、例えば銀から作られた導電性糸を弾性片に織り込むことによって達成される。
代替として、接続線１４は、例えば織ることによって衣服の材料に直接一体化された絶縁導体である。
制御ユニット８は、好ましくは、接続ボード１６に関連する別個のユニットであり、接続パッド１８は、電気ケーブル２２を介して制御ユニット８に接続される。一実施形態によると、制御ユニット８は、刺激パルス発生器と、エネルギー源と、記憶手段と、入力／出力ユニットと、結合ユニットとを備える。典型的にはバッテリ、例えば再充電可能バッテリであるエネルギー源は、制御ユニットの回路、例えば刺激パルス発生器に通電するように適合される。所定の療法刺激プログラムは、記憶手段中に記憶され、治療されるべき特定の患者に関連する特定の命令が、インターフェースを介して医師によって入力される。入力／出力ユニットは、１つ以上のボタン及びディスプレイ、例えばタッチスクリーンを含み得る。
制御ユニットは、好ましくは、容易にアクセスされるが動きを妨げない位置において、何らかの種類のストラップによって衣服着用者に取り付けられる。
別の実施形態に従って、制御ユニットは代わりに、接続ボードの一体部分であり、そのため接続電気ケーブルは不要にされる。
制御ユニットは、好ましくは、刺激パルスの印加を制御するときに開ループ制御を適用するように適合される。即ち、フィードバックが使用されず、それは、電極が皮膚への接触を失うか、又は接触が少ない状況において、より高い刺激電流が印加されることを回避するために有利である。
衣服は、好ましくは、所定数の相互接続可能な部品から作られる。その理由は、衣服がより身に付けやすくなるからである。各部分は、次いで、接続ユニットを設けられ、接続ユニットは、次に、電極に接続される。
患者によっては、身体の一部、例えば腕又は脚のみが刺激を受ける必要がある。その場合、その部分を包み込むように適合された衣服が使用される。そして、他の患者については、療法の完全な効果を得るために、全身が衣服によって包み込まれなければならない。
衣服の全体的な要件は、電極が患者の皮膚に接触することを確実にするために、衣服が身体にぴったりと配置され得ることである。衣服は、通常の洗濯機で洗浄されることが可能でなければならない。好ましくは、衣服は、ポリウレタン－ポリ尿素コポリマー、例えばスパンデックス又はエラステインから作られた合成繊維を備える。
実施形態によると、衣服は、５つの主要な織物及び支持材料を備える。筋肉を覆うエリア用の弾性スパンデックスと、このスパンデックス中に埋め込まれた皮膚接触用の筋肉電極、関節の安定性と埋め込まれた筋肉及び振動（含まれる場合）電極の特定の皮膚接触とを誘発するための関節エリアにおける頑丈な弾性スパンデックス織物、並びに衣服部分を連結し、関節の安定性及び電極の皮膚接触も誘導するベルクロ。ジッパーは、簡単な着装及び衣服の使用を可能にするために、異なる衣服部分中に配置される。安定性及び電極の皮膚接触を高めるために、織物層の間に詰め物及び他の支持材料が配置される。
各患者に対する完全な衣服フィットを提供するために、各衣服は、各患者に合わせてテーラーメイドされ得る。故に、各患者は、個々に測定され得る。専門家によって行われた較正に基づいて、療法士は、どの筋肉を刺激するかを選択し、従って、対応する痙性筋の筋弛緩を誘発する。テーラーメイド衣服が製造され、制御ユニットは、振動器（含まれる場合）及びＥＭＳ刺激を規定された方法で実行するように、必要なパラメータでプログラムされる。
電極は、衣服の内面に配置され、従って皮膚表面に適合するように可撓性でなければならない。一実施形態によると、電極は、例えば、シリコーン電極又は任意の他の導電性電極材料である。電極の数は、当然、適用される療法に依存するが、好ましくは、少なくとも１０個の電極が含まれ、多くの場合、それよりも遙かに多い。
別の実施形態によると、制御ユニットは、前記電極のうちの１つ以上によって感知された電気信号、例えばＥＭＧ信号を受信するように適合された感知ユニットを備える。次いで、受信された信号が分析され、療法を改善するために使用され得る。一態様によると、感知された電気信号は、どの療法が使用されるべきかを決定し、次いで、開ループ制御刺激療法に従ってその療法を適用するために使用される。別の態様によると、印加される刺激エネルギーが感知された電気信号に依存して適合される閉ループ制御刺激療法において装置を適用することも可能であろう。
更なる実施形態では、本装置はまた、組み合わされた電気及び振動療法を提供する。この実施形態は図３に概略的に例示する。図１及び２において使用された同じ参照番号がここでも適用される。組み合わされた電気及び振動療法を使用することは、有利な療法であることが証明されており、この実施形態に従って、複数の振動ユニット７が衣服に、例えば衣服の内面に配置され、各振動ユニットは、可撓性且つ弾性の振動ユニット接続線１５を介して接続ユニットに接続される。振動ユニットはまた、衣服の外面に配置され、衣服材料を通して振動を印加し得る。
例えば、圧電技術、いわゆるＤＣモータ、又はソレノイドベースのユニットに基づく異なるタイプの振動ユニットが使用され得る。
好ましくは、電気刺激電極の数と振動ユニットの数との間の関係は２：１である。しかしながら、更により少ない振動ユニットが使用され得る。
図４は、本発明の弾性でぴったりとしたボディスーツ１００の衣服の前側の概略図である。ボディスーツ１００は、前側と実質的に同様である後側を有する。ボディスーツの後側は、前側と同一又は同様の方法でワイヤ、電極、サブコントロールユニットを用いて設計することができる。ボディスーツ１００は、電極がボディスーツ１００を着用している人の皮膚に面し、皮膚に向かって付勢されるように、布の内側に位置する複数の電極に電気的に接続された、布に一体化された複数のサブコントロールユニットを有する。サブコントロールユニットは、ボディスーツ１００中の電極の数を実質的に増加させ、ボディスーツを着用している患者のより高度な治療を実行することを可能にする。
本発明の重要な特徴は、電極が筋肉を活性化するだけでなく、筋肉及び皮膚センサからの感覚信号を脊髄に伝導し、腕又は脚などの身体部分の動きの制御を担う介在ニューロンネットワークへの入力として機能する筋肉の求心性（感覚）神経も活性化することである。これは、主動筋が収縮して動きを引き起こさないように、求心性神経が約２０Ｈｚ且つ十分に低い電圧で刺激されるときに起こる。求心性神経から感覚信号を受信すると、脊髄は信号を主動筋に送り、筋肉を弛緩させる。介在ニューロンネットワークへの求心性入力を最適化するために、刺激信号の周波数範囲を変更することができることが重要である。筋肉の刺激へのいかなる言及も、筋肉の神経及び電極に隣接する他の神経の刺激を含むことが理解されるべきである。
ボディスーツ１００は、ボディスーツを着用している人の筋肉及び神経を刺激及び弛緩させるために使用され、電気パルス電流が、ボディスーツ１００の布に据え付けられた電極間を流れ、電極が位置付けられた筋肉を通る。ボディスーツが多数の電極を有するがサブコントロールユニットを有さないとき、全ての電極はパルス及び電流及び他の情報をワイヤを介して電極に送信するコントローラ又はマスタユニットに接続されなければならないので、これは問題を生じる。多数のワイヤがスーツ中に一体化されることを必要とされることにより、ボディスーツが人によって着用されて着脱されるときに、ボディスーツは経時的に接続不良を生じやすくなる。この問題に対する１つの解決策は、サブコントロールユニットを使用して、ボディスーツ中のワイヤの数を低減し、電極に向かうワイヤの必要とされる長さ、即ちワイヤ長さも低減されることである。ボディスーツは、モジュールを含むことができ、各モジュール中のサブコントロールユニットは、マスタユニットから到達する刺激パルスを分配している。
サブコントロールユニットは、マスタユニットによって制御される。必ずしも必要ではないが、好ましくは、各サブコントロールユニットは、サブコントロールユニットに進む電力電圧及びパルス信号を提供する２つのワイヤなどの少数のワイヤのみを介してマスタユニットに電気的に接続される。一対のワイヤはまた、データ命令をサブコントロールユニットに搬送することができる。マスタユニットとサブコントロールユニットとの間のワイヤレス通信によってデータ命令を送ることも可能である。
以下で詳細に説明するように、サブコントロールユニットを使用することの１つの重要な利点は、より高い周波数及びより多くの電極をボディスーツ中で使用することができることである。一般に、サブコントロールユニットは、プログラム可能なマスタコントロールユニットから脈動する刺激信号を受信し、それをサブコントロールユニットが所定の電極に分配して、電極の下に位置する筋肉及び筋肉対を刺激及び／又は弛緩させる。筋肉を刺激するのと同様に神経を刺激することも可能である。筋肉は単に例示的な例として使用されているに過ぎないが、刺激は同様に神経にも適用される。マスタコントロールユニットは、ボディスーツ１００の外側に位置するコネクタにおいてボディスーツに取り外し可能に且つ電気的に接続される。マスタコントロールユニットはまた、ボディスーツのモジュール中に位置するサブコントロールユニットに電力を供給するための電源を有する。モジュールは、サブコントロールユニットに電気的に接続されたコネクタを介して互いに電気的に接続される。重要な特徴は、マスタコントロールユニット又はマスタユニットをボディスーツの種々のコネクタ間で移動させることができるように、マスタコントロールユニットは、ボディスーツ上の第１のコネクタから取り外され、同じボディスーツ上の第２のコネクタに再接続され得ることである。各コネクタは、第１の側に正極及び負極を有し、コネクタの第２の反対側に対応する正極及び負極を有する。第１の側の正極は、第２の側の正極に電気的に接続され、第１の側の負極は、第２の側の負極に電気的に接続され、そのため、各コネクタは、電力、データ、及びパルスを１つのモジュールから隣接するモジュールに搬送する「ブリッジ」として機能する。シリアルデータバスを通してサブコントロールユニットに送られる命令を含む刺激プログラムが、マスタコントロールユニット中で実行される。
衣服又はボディスーツ１００は、好ましくは、治療されるべき患者の身体にぴったりとフィットする可撓性及び弾性の布材料で作られる。ボディスーツ１００は、本発明の原理を例示するために概略的に示し、様々なコンポーネントの正確なロケーションは、治療されるべき患者の特定のニーズに合わせて変更又はカスタマイズするできることが理解されるべきである。ボディスーツ１００がサブコントロールユニットを使用せずに多数の電極を含むべきである場合、これは、マスタユニットから全ての電極まで延在する多数のワイヤを必要とするであろう。以下で詳細に説明するように、多数のワイヤが必要とされることにより、時として、それらを全てボディスーツの布に収めることは非実用的となり、周波数範囲は低周波数に低減されなければならない。本発明の重要な特徴は、必要とされる配線を低減し、ボディスーツ１００の機能性を改善し、より高い刺激周波数を可能にするために、ボディスーツモジュール中に位置するサブコントロールユニットにインテリジェンスのうちの一部を移動させるという考えである。
より具体的には、ボディスーツ１００は、右腕モジュール１０２、上半身モジュール１０４、左腕モジュール１０６、骨盤モジュール１０８、右脚モジュール１１０、及び左脚モジュール１１２などの取り外し可能且つ独立して機能するモジュールを含み得る。モジュールは、好ましくは、ジッパー、ベルクロ、又は容易に取り付け及び取り外しすることができる任意の他の手適した機構などの適切な締結機構１１４、１１６、１１８、１２０によって互いに取り付けられる。モジュールを使用する１つの利点は、患者が身体の異なる部分で異なるサイズを必要とし得ることである。いくつかの事例では、患者は、身体のある特定の部分が健康であり、治療される必要がないため、全てのモジュールを必要としないことがある。一般に、麻痺した身体部分は、麻痺していない身体部分よりもサイズが小さく、そのため、異なるサイズが必要とされ得る。同様に、痙性である腕などの身体部分は、一般に、非痙性身体部分よりも小さい。各モジュール中の電極及びサブコントロールユニットの数は変動し得、ボディスーツ１００は、単に例示的な例として扱われるべきである。
右腕モジュール１０２は、可撓性及び弾性ワイヤ１２４を介して第１のコネクタ１２８の負極１２６に電気的に接続され、可撓性及び弾性ワイヤ１３０を介して第１のコネクタ１２８の正極１３２に電気的に接続された第１のサブコントロールユニット１２２を有する。第１のコネクタ１２８の１つの重要な機能は、右腕モジュール１０２から上半身モジュール１０４への「ブリッジ」を提供し、そのため、それらが電気的に接続されるようにすることである。この機能は、ボディスーツ１００の全ての他のコネクタに適用される。コネクタは、１つのモジュール上の正極を隣接するモジュール上の正極と電気的に接続し、１つのモジュール上の負極を隣接するモジュール上の負極と電気的に接続するための導電性ワイヤを含む可撓性布で作られ得る。サブコントロールユニット１２２は、可撓性及び弾性ワイヤ１３４ａ、１３６ａ、１３８ａ、１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａ、及び１４８ａを介して電極１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、及び１４８にそれぞれ電気的に接続される。右腕モジュール１０２は、モジュール間に延在し、１つのモジュールを隣接するモジュールに接続するコネクタを介してボディスーツ１００の全ての他のモジュールに電気的に接続される。
上半身前側モジュール１０４は、好ましくは、２つのサブコントロールユニット、即ち第２のサブコントロールユニット１５０及び第３のサブコントロールユニット１５２を有する。モジュール１０４は、より多くの又はより少ないサブコントロールユニットを有し得、２つのモジュールの使用は、単なる例示的な例に過ぎない。サブコントロールユニット１５０は、可撓性及び弾性ワイヤ１５４を介して、第１のコネクタ１２８の正極１５６に接続された可撓性及び弾性ワイヤ１５５に電気的に接続され、可撓性及び弾性ワイヤ１６０を介して、第１のコネクタ１２８の負極１６２に電気的に接続された可撓性及び弾性ワイヤ１５７に電気的に接続される。ワイヤ１５５はまた、左腕モジュール１０６に接続されたコネクタ１９６の正極１９４に電気的に接続され、ワイヤ１５７は、コネクタ１９６の負極２００に電気的に接続される。可撓性及び弾性ワイヤ１７５は、ワイヤ１５５に電気的に接続され、図４に示す前側と同一又は同様であるボディスーツ１００の後側に至る。別の可撓性及び弾性ワイヤ１７７は、ワイヤ１５７に電気的に接続され、ボディスーツ１００の背面に延在し、そのため、ワイヤ１７５、１７７は、ボディスーツの前側と同様に、ボディスーツの後側に電力、パルス、及び場合によってはデータを提供する。サブコントロールユニット１５０は、可撓性及び弾性ワイヤ１６４ａ、１６６ａ、１６８ａ、１７０ａ、１７２ａ、１７４ａ、１７６ａ、及び１７８ａを介して電極１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、１７４、１７６、及び１７８にそれぞれ電気的に接続される。身体モジュール１０４は、モジュール間に延在し、１つのモジュールを隣接するモジュールに接続するコネクタを介してボディスーツ１００の全ての他のモジュールに電気的に接続される。
サブコントロールユニット１５０と同様に、サブコントロールユニット１５２は、可撓性及び弾性ワイヤ１９２を介して、第２のコネクタ１９６の正極１９４に電気的に接続されたワイヤ１５５に電気的に接続され、可撓性及び弾性ワイヤ１９８を介して、第３のコネクタ１９６の負極２００に電気的に接続されたワイヤ１５７に電気的に接続される。サブコントロールユニット１５２は、可撓性及び弾性ワイヤ２０２ａ、２０４ａ、２０６ａ、２０８ａ、２１０ａ、２１２ａ、２１４ａ、及び２１６ａを介して電極２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、及び２１６にそれぞれ電気的に接続される。
右腕モジュール１０２と同様に、左腕モジュール１０６は、可撓性及び弾性ワイヤ２３０を介して第２のコネクタ１９６の正極２３２に電気的に接続され、可撓性及び弾性ワイヤ２３４を介して第３のコネクタ１９６の負極２３６に電気的に接続された第４のサブコントロールユニット２２８を有する。サブコントロールユニット２２８は、可撓性及び弾性ワイヤ２３８ａ、２４０ａ、２４２ａ、２４４ａ、２４６ａ、２４８ａ、２５０ａ、及び２５２ａを介して電極２３８、２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、及び２５２にそれぞれ電気的に接続される。
骨盤モジュール１０８は、上半身モジュール１０４の下であるが、脚モジュール１１０、１１２の上に位置する。骨盤モジュール１０８は、サブコントロールユニットなしで示すが、モジュール１０８も、他のモジュールと同様のサブコントロールユニットを設けられ得る。モジュール１０８は、骨盤モジュール１０８を上半身モジュール１０４に電気的に接続する上部コネクタ１８４を有する。上部コネクタ１８４は、骨盤モジュール１０８上に正極２６８及び負極２７２を有し、上半身モジュール１０４の下端に正極１８２及び負極１８８を有する。正極２６８は、正極１８２に電気的に接続され、負極２７２は、負極１８８に電気的に接続される。正極１８２は、可撓性及び弾性ワイヤ１５９を介してワイヤ１５５に電気的に接続され、負極１８８は、可撓性及び弾性ワイヤ１６１を介してワイヤ１５７に電気的に接続される。正極２６８は、可撓性及び弾性ワイヤ１６３を介して第３のコネクタ２７８の正極２７６に電気的に接続される。負極２７２は、可撓性及び弾性ワイヤ１６５を介してコネクタ２７８の負極２８２に電気的に接続される。正極２６８はまた、可撓性及び弾性ワイヤ１６７を介して第５のコネクタ２８６の正極２６２に電気的に接続される。負極２７２は、可撓性及び弾性ワイヤ１６９を介して第５のコネクタ２８６の負極２６４に電気的に接続される。全てのコネクタ１２８、１８４、１９６、２７８、及び２８６は、１つのモジュールを別のモジュールと電気的に接続するための弾性配線を含む。
右脚モジュール１１０は、可撓性及び弾性ワイヤ２９６を介して第４のコネクタ２７８の正極２９８に電気的に接続され、可撓性及び弾性ワイヤ３００を介して第４のコネクタ２７８の負極３０２に電気的に接続された第５のサブコントロールユニット２９４を有する。正極２９８は、正極２７６に電気的に接続され、負極３０２は、負極２８２に電気的に接続される。サブコントロールユニット２９４は、可撓性及び弾性ワイヤ３０４ａ、３０６ａ、３０８ａ、３１０ａ、３１２ａ、３１４ａ、３１６ａ、及び３１８ａを介して電極３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、及び３１８にそれぞれ電気的に接続される。
左脚モジュール１１２は、可撓性及び弾性ワイヤ３２２を介して第５のコネクタ２８６の正極３２４に電気的に接続され、可撓性及び弾性ワイヤ３２６を介して第５のコネクタ２８６の負極３２８に電気的に接続された第６のサブコントロールユニット３２０を有する。サブコントロールユニット３２０は、可撓性及び弾性を有するワイヤ３３０ａ、３３２ａ、３３４ａ、３３６ａ、３３８ａ、３４０ａ、３４２ａ、及び３４４ａを介して、電極３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、及び３４４にそれぞれ電気的に接続される。
マスタユニット２６６は、多くの場所でボディスーツに接続可能である。図４は、可撓性及び弾性ワイヤ１７１を介してワイヤ１５５に電気的に接続されたマスタユニット２６６の正極２６４と、可撓性及び弾性ワイヤ１７３を介してワイヤ１５７に電気的に接続された負極２６２とを示す。右腕モジュール１０２などのモジュールのうちの１つが必要でない場合、マスタユニット２６６を第１のコネクタ１２８又は他のコネクタのうちの任意のものに接続することが可能である。患者が、例えば股関節にマスタユニットを取り付けることを困難にする障害を有する場合、又は患者が臥位にあるときに上肩にマスタユニットを取り付けることがより都合が良い場合に、患者に都合が良い場所でマスタユニットを接続することが可能であることは重要な特徴である。いくつかのコネクタをボディスーツ中の異なる場所に配置し、そのため、そこにマスタユニットを配置することができるようにすることも可能である。好ましくは、マスタユニットは、ボディスーツ１００上の利用可能なコネクタのうちの任意のものに取り付けられるべきである。このことから、股関節などの１つの場所にのみ位置する別個の接続部を有する必要はない。このことから、マスタユニットのためにいくつかの異なる接続点又はコネクタを有することが可能である。
図５は、サブコントロールユニット１２２の概略詳細上面図である。好ましくは、衣服又はボディスーツ１００中の全てのサブコントロールユニットは、全てのサブコントロールユニットに適用される例示的な例としての役割を果たすユニット１２２と実質的に同様である。好ましくは、ユニット１２２は、耐水性材料で成形されて耐水性にされ、そのため、ボディスーツは、ユニット中の電子機器を損傷することなく機械洗浄することができる。ユニット１２２は、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａ、１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａ、及び１４８ａ（図４に最も良く図示）にそれぞれ電気的に接続された成形物から外側に延在する８つの延長ワイヤ、即ち延長部１３４ｂ、１３６ｂ、１３８ｂ、１４０ｂ、１４２ｂ、１４４ｂ、１４６ｂ、及び１４８ｂを有し得る。これは、サブコントロールユニット当たり４対の電極に対応する。ユニット１２２は、８つよりも多い又は少ない延長部を有し得る。サブコントロールユニット１２２はまた、コネクタ１２８に延在するワイヤ１２４及び１３０にそれぞれ電気的に接続される延長部１２４ｂ及び１３０ｂを有する（図４に最も良く図示）。電力、データ、及び刺激パルスは、マスタユニット２６６から延長部１２４ｂ、１３０ｂを介してサブコントロールユニット１２２に入り得る。図５に示す電力、データ、及びパルス情報に加えて、より多くの接続部を有し、追加情報を送ることも可能である。任意の適切なシリアル通信技術も使用され得、直列に接続された２つよりも多くのワイヤ／コネクタを使用することができる。４つよりも多い組み合わせを得るために異なる方法で電極を組み合わせることが可能であることが理解されるべきである。
２００Ｈｚの周波数が刺激信号／パルスに使用されるとき、サブコントロールユニットが処理する全ての組み合わせを送出するために利用可能な５ミリ秒の総時間期間が存在する。例えば、８つの組み合わせが使用される場合、各パルスの開始の間に８で割られた５ミリ秒、即ち６２５マイクロ秒が存在する。パルス長が１７５マイクロ秒である場合、パルス間に６２５マイクロ秒－１７５マイクロ秒＝４５０マイクロ秒の時間ギャップが存在し、即ち、次のパルスが開始する前にパルス信号が存在しないときである。言い換えれば、例えば８つの組み合わせが得られ、パルス長が１７５マイクロ秒であり、周波数が２００Ｈｚである場合、パルス間の時間ギャップは４５０マイクロ秒である。時間ギャップは、図９に関連して以下で詳細に説明するように、拮抗筋からのフィードバック信号を測定することなどの他のことを行うために、又は図１４及び１６で説明するようにデータを送るために使用することができる。各パルス間に時間ギャップが存在する限り、周波数を２００Ｈｚよりも高い周波数まで増加させることができることが理解されるべきである。
図６は、衣服からサブコントロールユニットからのコネクタまでのワイヤを重ね合わせ、次いでそれらを共に縫合し、そのため電気的に接続されるようにすることによって、成形されたサブコントロールユニットから出てくる縫合可能な可撓性の導電性接続部又は延長部１３８ｂ、１４６ｂを介して可撓性ワイヤ１３８ａ、１４６ａにそれぞれ接続されたサブコントロールユニット１２２の概略詳細側面図である。この原理又は別の接続方法は、全てのサブコントロールユニット上の全てのワイヤ及び延長部上で使用され得る。
安全予防措置として、ボディスーツ１００を着用している患者にとって非常に不快であるか又は危険でさえある可能性がある意図しないパルスをサブコントロールユニットが送出することを防止するために、マスタユニットのみがサブコントロールユニットを介して刺激パルスを送出することが好ましい。サブコントロールユニットは、このことから、単にパルスを正しい電極対に単に誘導又は分配するに過ぎない。刺激パルス、パルス長（デューティサイクル）、及び電圧／電流等は、パルスがマスタユニットから送出される前に、全てのサブコントロールユニットとのシリアルデータ通信によって、マスタユニットの（中央処理ユニット）ＣＰＵによって制御される。
以下でより詳細に説明するように、サブコントロールユニットは、正しいパルス長が電極に送出されるように所望のパルス長に関する情報を有し得る。パルス長が長いほど、刺激はより強力である。パルス長は、ボディスーツの療法士によって設定され得るか、又はマスタユニットによって設定され得る。一般に、マスタユニットからのパルスは、サブコントロールユニットによって分配される刺激パルスの最長パルス長よりも僅かに長いパルス長を有する。マスタユニットからのパルス長が所定のパルス出力期間よりも長いとき、サブコントロールユニットは、電極へのパルス長を制御又は低減することができる。マスタユニットはまた、マスタユニットにプログラムされた所定の時間期間よりも長い任意のパルスをオフにするための安全機構を有する。好ましい実施形態では、これらの安全機構は、ＣＰＵによって制御されるのではなく、より高い安全性のためにＣＰＵ及びソフトウェアとは別個のハードウェア中の回路によって制御される。
より具体的には、上記で示したように、スーツ中の全てのサブコントロールユニットのコネクタ１２４ｂ及び１３０ｂのうちの２つは、電力、データ、及び刺激パルスを搬送するために、導電性の可撓性及び弾性ワイヤを介してマスタユニットに接続可能であり得る。（マスタユニットとサブコントロールユニットとの間の）シリアルデータバス中のデータは、どの電極が活性化されるべきか、並びにどの順序及び組み合わせが使用されるべきかに関するサブコントロールユニットへの命令を含み得る。マスタユニットからサブコントロールユニットへの刺激パルスの到達は、サブコントロールユニットに接続された電極がいつ活性化されるべきかを示し、サブコントロールユニットは、刺激パルスを正しい電極に案内又は分配する。マスタユニットは、マイクロコントローラ（ＣＰＵ）を有し得、サブコントロールユニットも各々、マイクロコントローラ（ＣＰＵ）を有し得、そのため、ユニットは、互いに通信することができる。好ましくは、サブコントロールユニットは、マスタユニットからの命令と、また、測定された筋肉からの値とを保存することが可能であるべきであり、そのため、これらの値は、同じく値を保存するマスタユニットに送り返すことができ、そのため、マスタユニットは、パラメータが変更されるべきか否か（電圧、電流を増加／減少させるか、又はパルスデューティサイクル長を変更し、周波数を変更するか、又は異なる刺激プログラムが使用されるべきかどうかなど）を決定することができる。例えば、マスタユニットから特定のサブコントロールユニットへの命令は、サブコントロールユニットが第１のパルスを第１の電極対に送り、第２のパルスを異なる電極対に送り、以下同様であることを要求し得る。第１のサブコントロールユニットの電極から第２のサブコントロールユニットの別の電極に電流を流すことも可能である。
ある特定の数の刺激パルスがサブコントロールユニットに送られた後、追加のパルスがマスタユニットから送られる前に、異なる又は同じ命令をサブコントロールユニットに送って、サブコントロールユニットが適切に同期されることを確実にして、パルスが正しい電極に送られることを保証することが必要であり得る。この同期は、シリアルデータバスを介して短い同期命令を送ることによって行われ得る。いくつかの事例では、刺激パルスが送られる前にサブコントロールユニットへのデータフローをオフにすることが必要であり得る。２線式バスが使用されるとき、刺激パルス及びデータは同時に送信されないことが理解されるべきである。サブコントロールユニットは、３Ｖ３ボルト（３．３Ｖ）又は５Ｖで電力供給されることを必要とし得る。他の電圧レベルが使用され得るが、電力の電圧が低いほど、システムは干渉に対してより敏感になる。
刺激パルスは、５～１００Ｖの範囲の電圧を使用することによって発生され得、より好ましくは１５～８０Ｖの範囲が使用される。最も好ましくは、２０Ｖ又は４０Ｖが使用される。以下で詳細に説明するように、電圧は、刺激中に増加又は減少され得る。安全予防措置として、マスタユニットのみが刺激パルスを送出し、サブコントロールユニットが誤動作して、ボディスーツを着用している患者にとって非常に不快である長すぎる高電圧信号を送出する場合には、サブコントロールユニットがそれ自体でそのような強いパルス信号を発生させることが可能であるべきではないことが望ましい。加えて、マスタユニットは、出力が刺激パルスを一度に１つ又は一度に２つのパルスを送出するような方法でそれらの出力を活性化するようにサブコントロールユニットに命令し得る。例えば、サブコントロールユニットが１から５までの命令を受信する場合、そのため、第１の刺激パルスが到達するとサブコントロールユニット１が第１のパルスを第１の電極対に送出し、第２のパルスが到達するとサブコントロールユニット２が第２のパルスを第２の電極対に送出し、第５のパルスが到達するとサブコントロールユニット５が第５のパルスを送出するまで以下同様である。このプロセスが次いで再開し、そのため、６番目のパルスがサブコントロールユニット１に到達すると、サブコントロールユニット１は、第１のパルスを第１の電極対に送出し、７番目のパルスが到達すると、サブコントロールユニット２は、第２のパルスを第２の電極対に送出し、１０番目のパルスが到達するまで以下同様であり、更に以下同様である。言い換えれば、１つのサブコントロールユニットが５対の電極を活性化するための命令を受信した場合、６番目のパルスがサブコントロールユニットに到達すると、第１の電極対から再び開始する。マスタユニットがサブコントロールユニットを再同期させると、サブコントロールユニットは、第１の電極対への刺激パルスを再び送り始めることができる。例えば、マスタユニットが４つのサブコントロールユニットに接続され、各サブコントロールユニットが４対の電極に接続される場合、サブコントロールユニット１は、パルス１～４が到達すると刺激パルスを送出し得、サブコントロールユニット２は、パルス５～８が到達すると刺激パルスをその電極に送出する。サブコントロールユニット３は、パルス９～１２が到達すると刺激パルスをその電極に送出し、サブコントロールユニット４は、パルス１３～１６が到達すると刺激パルスをその電極に送出する。この手順が次いで再開し、パルス１７～３２についてサブコントロールユニット１からサブコントロールユニット４まで同じ順序を繰り返し、マスタユニットがサブコントロールユニットの同期を変更するまで以下同様である。好ましくは、全てのサブコントロールユニットは、マスタユニットが情報／データを特定のサブコントロールユニットに送ることができるように、固有のアドレスを有する。全てのサブコントロールユニットが同時にパルスを送出するので、パルス１が到達すると全てのサブコントロールユニットが同時にこのパルスをその電極に送り、パルス２が到達すると全てのサブコントロールユニットが同時にパルス２をその電極に送出するように、全てのサブコントロールユニットを設定することも可能である。サブコントロールユニットがそれに接続された異なる数の電極を有する場合、それに接続された最も多い数の電極を有するサブコントロールユニットは、それに接続されたより少ない数の電極を有するサブコントロールユニット上にパルス１がいつ再び到達するかを決定する。最も多い数の電極に接続されたサブコントロールユニットについての最大数の電極及び刺激に関する情報は、全ての他のサブコントロールユニットに送られる。例えば、１つのサブコントロールユニットが実行すべき６つの異なる刺激を有し、別のサブコントロールユニットが実行すべき３つの刺激のみを有する場合、第２の制御ユニットは、最初の３つのパルスが到達すると、第１のサブコントロールユニットが６つの刺激のうちの最初の３つを送出するのと同時にそれらを送出するように、到達したパルスの数をカウントする。第２のサブコントロールユニットは、３つの刺激パルスを送出したときに停止し、パルス７が到達して別の３つの刺激パルスを送出し始めるのを待つ。第１のサブコントロールユニットは、到達する各パルスについて１つの刺激パルスを送出し、パルス７が到達すると再開し、そのため、パルス７は、パルス１と同じ電極対に送られる。
サブコントロールユニットは、２００マイクロ秒又は任意の他の適切なパルス長などのある特定の閾値よりも長い刺激パルスが電極まで通過することを許可しないように設計され得る。同様に、マスタユニットはまた、２５０マイクロ秒などの別の閾値よりも長い刺激パルスを送出することができないように設計され得る。マスタ制御ユニット２６６のプロセッサが閾値よりも長い刺激パルスを送出しようとする場合、ハードウェアの安全回路は、安全予防措置として刺激パルスを終了させる。閾値は、より長い及びより短いデューティサイクルを使用することができるように調整することができる。好ましくは、マスタ制御ユニット２６６からサブコントロールユニット１２２への刺激パルスは、刺激パルスが電極に分配される前に、電圧がサブコントロールユニットのＣＰＵ及び出力回路によって受け取られて、サブコントロールユニット上の出力回路をパワーアップする時間が存在するように、サブコントロールユニットから電極に分配される最大パルス長よりも僅かに長いべきである（数マイクロ秒から最大で３０マイクロ秒までなど）。サブコントロールユニットは、サブコントロールユニット上の回路がマスタユニットから入ってくる刺激パルスを処理するのに十分な時間が存在することを保証するために、例えば１０マイクロ秒で電極への刺激パルスの送信を遅延させるように設計され得る。サブコントロールユニットに、及びサブコントロールユニットからマスタユニットにデータを送るために、サブコントロールユニットを、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、１線式データバス、又は任意の他の適切なワイヤレス若しくはオンワイヤデータ技術を介してマスタユニットに接続することも可能であり得る。
図７は、衣服中電極に送られる刺激パルス２０２の概略図２００である。より具体的には、図７は、１つのユニットから全ての４０個の電極を処理するシステムにおいて、４０個の刺激パルスが２０Ｈｚで送られ、パルス周期が５０ミリ秒の長さであるときの例を例示する。以下で詳細に説明するように、２００Ｈｚの周波数が使用されるとき、５ミリ秒のパルス期間中に４０個の刺激パルス（１７５マイクロ秒のデューティサイクルを有する）に収まることは不可能である。サブコントロールユニットを使用することによって、図８に示すように、サブコントロールユニット当たりより少ない刺激パルスが存在するので、周波数を増加させることが可能である。２０Ｈｚの周波数では、１つのサイクルについての時間期間は、５０ミリ秒（即ち０．０５秒）である。図７は、４０個のパルス又は刺激の組み合わせを示し、各パルスは、約１７５マイクロ秒のデューティサイクル（パルス長）を有する。各刺激パルスは一対の電極を活性化する。デューティサイクルは、１７５マイクロ秒より短いことも長いこともあり得るが理解されるべきである。２０Ｈｚで５０ｍＳ後、新しい周波数サイクルが開始される。ボディスーツ１００を着用している患者の治療は、典型的には１時間程度続き得るが、より短い及びより長い治療期間も使用され得る。２０Ｈｚの周波数は、拮抗筋を弛緩させるために主動筋を刺激するのに適しているが、パルス信号のより高い周波数及びより低い周波数も使用され得る。重要な利点は、治療が停止された後、拮抗筋が長時間、場合によっては数日間弛緩したままであることである。
使用される周波数を患者の必要とされる治療に合わせてカスタマイズすることができるように、周波数範囲を変更するための能力を有することが望ましい。好ましくは、１Ｈｚ～２００Ｈｚの周波数範囲を変更することが可能であるべきである。使用される電圧を変えること、即ちパルスの振幅を変更することも可能であるべきである。１つの問題は、４０個の刺激パルスが２００Ｈｚで所望される場合、５ｍＳの時間期間のみが利用可能であり（２００Ｈｚで１つの周波数サイクルのとき）、パルス長が１７５マイクロ秒である場合、４０個のパルスの総パルス長は、パルス間の時間ギャップを伴わない７ｍＳ（４０×１７５マイクロ秒）であり、それは１つの周波数サイクルに利用可能な時間期間（５ｍＳ）を超えるので、システムを２００Ｈｚで動作させることが可能ではないことである。
図８は、各刺激パルス４９４間に時間ギャップ４９８が存在するように、５ｍＳの１つの周波数サイクル４９６で２００Ｈｚ周波数の刺激パルス４９４を有する刺激信号５１２についての概略図である。刺激信号５１２のより高い又はより低い周波数も使用され得、２００Ｈｚは単なる例示的な例に過ぎない。各刺激パルス４９４は、パルス長又はデューティサイクル４９５を有する。これは、周波数が２００Ｈｚであり、パルス長又はデューティサイクル４９５が各パルスについて１７５マイクロ秒であるとき、最大の組み合わせとして約２０個の刺激パルスを送出するのに十分な時間が存在することを意味する。出ていくパルス間に時間ギャップを有することが必要である。５ミリ秒が２０個のパルスに分割される場合、各刺激パルスに対して２５０マイクロ秒が利用可能であり、パルス長が１７５マイクロ秒である場合、各刺激パルス間に７５マイクロ秒の時間ギャップが存在する。上記に示したように、これは、図４に示すように、各モジュール中のサブコントロールユニットを使用することによって解決することができる。サブコントロールユニットがボディスーツ中で使用されるとき、各サブコントロールユニットは、例えば８つの電極に接続され得る。これは、２０Ｈｚよりも高い周波数が使用され得、サブコントロールユニット当たり８つよりも多い刺激の組み合わせを実行することが可能であることを意味する。言い換えれば、使用をある特定の予め設定された電極対に限定する必要はなく、刺激される電極の異なる組み合わせを使用する。例えば、腕の同じ側であるが互いに離れて位置する電極に刺激パルスを送ることが可能であり得る。また、腕の前側の一方の電極及び腕の後側に位置する他方の電極など、腕の両側に位置する電極に刺激パルスを送ることも可能である。例えば、上半身モジュール中のサブコントロールユニット（ユニット１５０など）が刺激パルスをそのモジュール中の正極（電極１７４など）に分配し、その一方で、上半身モジュール中の別のサブコントロールユニット（ユニット１５２など）が上半身モジュール中の電極（電極２０４など）を負に活性化し、そのため、電流が１つのサブコントロールユニットの正極から別のサブコントロールユニットの負極に進むように、サブコントロールユニットを組み合わせることも可能である。
例えば、４つの電極が使用されるとき、各パルスが１対の電極に対応するか又は活性化するとき、２つよりも多くの方法で電極を刺激することが可能である。サブコントロールユニットを使用することによって、２００Ｈｚで利用可能な利用可能時間期間（５ｍｓ）は、各パルスについてのデューティサイクルが１７５マイクロ秒であるとき、８つの電極を刺激するのに十分な時間である。この時間期間中に少なくとも２５個以下の異なるパルスを電極に発生させることが可能であり、それは、４対の電極の異なる組み合わせを刺激するのに十分すぎるほどである。実際には、例えば、パルス間の拮抗筋の測定を行う必要があり得る場合や、刺激パルス間の時間ギャップ中にマスタユニットと通信する必要があり得る場合には、各パルス間に時間ギャップを有することが重要であるので、２５個未満のパルス未満を発生させることができる。ある特定の筋肉及び／又は神経（主動）に対する刺激パルスは、別の隣接する筋肉（拮抗）における電圧信号の測定に干渉する可能性が高いので、刺激パルスのデューティサイクル中に測定を行うことは望ましくない。
図９は、ボディスーツ１００の右腕モジュール１０２の内側の患者の腕５０９の例示的な例である。腕は、伸ばされた半直線位置で示すが、痙性患者にとっては、腕が屈曲した位置に固定されることが最も一般的であり、患者は、補助なしで腕を伸長する又は伸ばすことが困難又は不可能であることが分かる。電極１３４は、主動筋及び／又は神経５０２の付着点又は第１の端部５００に配置され得、その一方で、電極１３６は、筋肉及び／又は神経５０２の起始点又は第２の反対側の端部５０４に配置され得、そのため、電流は、サブコントロールユニット１２２から刺激信号５１２を介して電極１３４に流れ、主動筋及び／又は神経５０２を介して及び通して電極１３６に、次いで帰還信号５１５を介してサブコントロールユニット１２２に戻る。電流の流れの方向は、図１５に関して以下で詳細に説明するように、電流の流れが反対方向に進むように変更され得る。電極１３８は、拮抗筋５０８の付着点又は第１の端部５０６に配置され得、電極１４０は、拮抗筋５０８の起始点又は第２の端部５１０に配置され得る。筋肉又は神経の中央又は別の場所に電極を配置することも可能である。筋肉からの信号及びＥＭＧ信号などの他の信号を測定するために別個の電極を使用することも可能である。
例えば、主動筋及び／又は神経５０２は、腕５０９を第１の方向に動かす機能を有し得、その一方で、拮抗筋及び／又は神経５０８は、腕を第１の方向とは反対の第２の方向に動かす機能を有する。筋肉は引張力を及ぼすことしかできず、元の位置に押し戻すことができないので、筋肉の主動／拮抗対が体内で必要とされる。例えば、上腕は、二頭筋及び三頭筋を有する。二頭筋が収縮しているとき、三頭筋は、正常に機能している人では、弛緩して元の位置に戻るように伸長される。反対のことが、三頭筋が収縮するときに起こる。収縮する筋肉は、主動筋とラベル付けされ得、弛緩／伸長される筋肉は、拮抗筋とラベル付けされ得る。
本発明の重要な洞察は、主動筋の軽度の刺激が、主動筋を短縮することなく僅かな収縮（増加した緊張）と、相互抑制を通した拮抗筋の弛緩とをもたらすことである。拮抗筋が痙性であるとき、筋肉は、異常に緊張している。主動筋は、主動筋が例えば腕の動きを引き起こすことなく刺激されるべきである。主動筋が過度に刺激されると、腕の動きが形成され、拮抗筋が再び緊張することによって反応し得、それは望ましくない。高すぎる周波数、長すぎるパルス、又は高すぎる刺激信号の電流／電圧を使用することによって、主動筋の過度の刺激が引き起こされ得る。主動筋を短縮させることなく中枢神経系への信号を発生させるために主動筋が単に刺激されるとき、相互抑制は拮抗筋を弛緩させ、そのため、それは低減された痙性状態にある。痙性筋の弛緩は、時には、特に脳損傷を有さない患者の場合、痙性筋における疼痛を取り除くこともできる。刺激はまた、疼痛、振戦、筋変性を治療し、筋弛緩を誘発し、痙縮を低減し、疼痛を低減し、筋緊張を増加させ、筋収縮を促進し、筋収縮を誘発し、筋力／筋量を増加させ、筋肉／神経の再生を加速させ、血流／血行を増加させ、血液酸素化を増加させ、静脈緊張を低減し、弛緩を誘発し、睡眠を改善し、振戦を低減し、褥瘡を低減し（習慣の低減）、病的反射／中枢神経反射を低減し、鬱を治療し、トラウマを低減し、緊張低減療法として使用し、エンボディメントプラクティスを誘発し、多動性障害、自閉症スペクトラム障害、及びストレス障害を低減するために使用され得る。
刺激された主動筋から中枢神経系に信号が送られ、次に拮抗筋に信号を送って拮抗筋の弛緩を開始する。中枢神経系からの反射のタイプである弛緩は、拮抗筋が痙性筋、即ち不随意又は異常収縮の影響を受けるときに特に重要である。神経系は主動筋の刺激を感知し、それによって拮抗筋は相互抑制を経験する。主動系から中枢神経系への信号は、このことから、まず主動筋を本発明のボディスーツ中の電極へのパルスで刺激することによって人工的に発生される。筋収縮を誘発するために必要とされる主動筋に対する刺激信号の周波数及び電圧／電流レベルは、拮抗筋の弛緩を引き起こすために主動筋に対して必要とされる周波数及び電圧／電流よりも高い。言い換えれば、刺激信号／パルスの選択された周波数及び電流は、主動筋の短縮／収縮を防止するために可能な限り低くあるべきだが、相互抑制をトリガするために中枢神経系によって検出されるのに十分に高くあるべきである。５～２００Ｈｚの周波数範囲、より好ましくは１５～１００Ｈｚの範囲、最も好ましくは約２０～６０Ｈｚが使用され得る。より高い周波数及び電流（パルス）レベルが主動筋に対して使用されてそれを動かす前に、拮抗筋がまず弛緩されなければならないことを認識することが重要である。より高い周波数、電流レベル、及びパルス長は、主動筋を非常に収縮させ、そのため、主動筋が短縮し、例えば腕の動きを引き起こすために使用され得る。言い換えれば、刺激（パルス）信号は、例えば療法士による外部からの物理的補助なしに、人工的に主動筋を能動的に収縮させるために使用することができる。上述したように、このタイプの刺激は、拮抗筋を弛緩させるために主動筋が穏やかな刺激で治療される前に行われるべきではない。
治療中にボディスーツ１００を着用している人の脳電圧信号（脳波（ＥＥＧ）信号など）（詳細については図１８を参照）又は活動を測定することも可能であり、そのため、人が腕を動かすことを考えているときに脳電圧信号が何であるかが記録される。この活動は、マスタユニット中に記憶することができるので、次に患者が腕を動かしたいと考えるときに、本発明のシステムは、測定された信号を記録された信号と比較することによって脳活動を認識し、例えば人の脳信号に従って人が望む方法で腕を能動的に動かすために正しい刺激信号を筋肉に人工的に提供する。システムが同様に認識することができる手を開くなどの他の何かを患者が行いたく、次いで（拮抗筋がまず弛緩した後に）適切な刺激信号を正しい主動筋に送って手を開くときに、別の異なる脳信号活動が存在し得る。マスタユニットは、まず脳信号を受信し、次いで、この情報を様々な筋肉への正しい刺激信号に変換し得る。図９に最も良く示すように、マスタユニット２６６は、主動筋５０２を短縮させることなく、脈動する刺激信号５１２をサブコントロールユニット１２２を介して電極対１３４、１３６に送出して、筋肉５０２を十分に刺激して、自然信号（筋肉５０８によってトリガされる）を筋肉５０８から中枢神経系に送らせる。
信号５１２は、パルス４９４間に時間ギャップ４９８が存在するように、１～２００Ｈｚの任意の値などの所望のパルス周波数の、且つ短いパルス長（デューティサイクル）を有するパルス４９４（図８に図示）を含む。高感度測定デバイスを使用することによって、拮抗筋５０８又は別個のセンサ上に配置された電極１３８と１４０との間の電圧差を測定することが可能である。このようにして、電極１３８からの電圧信号は、電極１４０からの電圧信号と比較される。好ましくは、この電圧は、刺激パルス４９４が測定に干渉しないように、時間ギャップ４９８中に測定されるべきである。測定された電圧は、拮抗筋５０８からのフィードバック信号５４７又は５４９信号中に示される。フィードバック信号は、好ましくは、増幅器によって増幅される。より具体的には、測定デバイスは、刺激に使用されない拮抗筋５０８上に据え付けられた２つの電極間のマイクロボルトからミリボルトの差を測定することが可能であるべきである。筋肉からの自然電圧信号が非常に小さいというだけで、サブコントロールユニットが電極に近い（数デシメートル以下）ことが必要であることを認識することが重要である。そうでなければ、測定デバイスが股関節など遠く離れている場合、腕筋からのミリボルト信号はホワイトノイズに消え、及び／又はボディスーツ中の他の電気信号によって干渉される。これらの測定のために別個の又は異なる電極を使用することも可能である。このことから、このフィードバック電圧信号は、パルス４９４間の時間ギャップ４９８中にのみ測定され、そのため、主動筋５０２に送られる刺激パルスが、拮抗筋５０８における繊細な測定に干渉しないことが重要である。いくつかのサブコントロールユニットから信号が同時に活性化されるように、身体の多くの部分を同時に治療することも可能である。もちろん、パルス間で測定する時間が短すぎるときに、拮抗筋の測定中に刺激パルスの送信を停止することも可能である。５４７と５４９との間のフィードバック電圧信号は、拮抗筋５０８が主動筋５０２の軽度の刺激の間接的な結果としてより弛緩するにつれて減少する。フィードバック電圧信号は、以前に測定された値と比較することができ、そのため、拮抗筋５０８がどのようにより弛緩したか又はしなかったかを見ることが可能である。例えば、電圧値がまず例えば２ｍＶまで測定される場合、及び電圧値が徐々に例えば１ｍＶまで低減されるとき、これは、主動筋５０２の刺激効果が拮抗筋５０８に対して所望の効果を与えたことを意味する。主動筋５０２の治療前、治療中、及び治療後に測定されるのは、拮抗筋５０８中の中枢神経系によって引き起こされる自然発生電圧であることが理解されるべきである。
拮抗筋５０８中の自然発生電圧は非常に小さく、検出及び測定されるには増幅器を必要とする。好ましい実施形態では、サブコントロールユニット１２２は、第１の増幅器１２３と、開位置と閉位置との間で切り替えることができるスイッチ制御部１２５とを有する。図９は、刺激信号５１２のパルス４９４が筋肉５０２に送信されて筋肉５０２を刺激するときに使用される位置である開位置にあるスイッチ制御部１２５を示す。スイッチ制御部１２５が閉位置にあるとき、電極１３４と１３６との間の電圧は、パルス間にあるとき、又はスイッチが閉じられ、刺激信号５１２が停止されたときに、線５１２、５１５を介して測定され得る。これは、電極１３４、１３６が筋肉５０２を刺激するだけでなく、筋肉が刺激パルス４９４に曝された後に筋肉の自然電圧を測定するためにも使用され得ることを意味する。筋肉５０２、５０８は単に例示的な例に過ぎず、サブコントロールユニットに関連する全ての筋肉を同様に刺激及び測定することができることが理解されるべきである。サブコントロールユニット１２２はまた、第２の増幅器１２７と、開位置と閉位置との間で切り替えることができるスイッチ制御部１２９とを有する。図９では、スイッチ制御部１２９は、閉位置に示し、それは、電極１３８と１４０との間の電圧が線５４７、５４９で連続的に測定され得るか、又はパルス４９４が筋肉５０８中の電圧の測定に干渉する場合に筋肉５０２に送られる信号５１２のパルス４９４間の時間ギャップ４９８中にのみ測定され得ることを意味する。このようにして、筋肉５０８上に配置された電極１３８と１４０との間の（中枢神経系からの信号によって引き起こされる）自然発生電圧が、筋肉５０２のパルス刺激の結果としてどのように変化するかを決定することができる。一般に、筋肉５０８がより弛緩するにつれて、電極１３８と１４０との間の自然発生電圧は減少する。上記に示したように、測定がパルス４９４のうちの１つのデューティサイクル中に行われる場合、パルスが筋肉５０８上に据え付けられた電極１３８と１４０との間の電圧測定に干渉するか又はそれを歪ませるであろうリスクが存在するので、筋肉５０２への信号５１２の刺激パルス４９４の時間ギャップ４９８中に電極１３８と１４０との間の電圧のみを測定することが重要である。筋肉５０２が刺激パルス４９４で治療されている間の時間ギャップ４９８中に、筋肉５０２上に据え付けられた電極１３４と１３６との間の電圧を測定することも可能である。これは、時間ギャップ４９８中にスイッチ制御部１２５を閉位置に切り替え、次いで、次のパルス４９４が筋肉５０２に送られる前にスイッチ制御部１２５を開位置に切り替えることによって行うことができる。このようにして、刺激されている筋肉５０２の自然電圧の変化も測定することができる。測定が行われている間、脈動する刺激信号を停止することも可能である。上記で説明した測定は、サブコントロールユニットに接続された全ての電極及びサブコントロールユニットに接続された電極を介した刺激の組み合わせに適用されることが理解されるべきである。
測定中に主動筋５０２の刺激信号５１２が停止されなければならないことを意味する拮抗筋５０８におけるフィードバック信号を測定するために別個のデバイスを使用する代わりに、主動筋５０２の治療中に、即ち連続的に、又は主動筋５０２に送られる刺激信号５１２間の時間ギャップ４９８中に拮抗筋５０８を測定することを可能にすることが望ましい。筋肉５０８の測定は、筋肉５０２の刺激が異なるプログラムに変更されるべきであること、又は刺激信号５１２の電圧、電流、周波数、若しくはパルス長を変更することなどパラメータが修正されるべきであることをもたらし得る。筋肉５０２の刺激は、このことから、信号５１２中の刺激パルス４９４を電極１３４に送ることによって人工的に生成され、その一方で、測定されるのは、拮抗筋５０８の自然発生電圧（相互抑制）であり、主動筋５０２の人工刺激の結果として、筋肉５０８中の電流がどのように変化するかである。次に筋肉５０２が刺激される必要があるときに同じパラメータを使用することができるように、主動筋５０２を刺激した刺激信号５１２の電流／電圧の周波数、振幅も保存することが望ましい。以下に詳細に説明するように、筋肉の自然抵抗又は電極と皮膚との接触が、例えば異なる湿度若しくは患者の皮膚が以前の測定と比較してより多くの水分を含むことに起因して経時的に変化するか、又は電極とボディスーツを着用している人の皮膚との間の接続部において変化するので、電圧モードパルスである場合には信号５１２を較正することが必要であり得る。しかし、電流制御パルスであれば、固定電流（電流モード）に調整することができる。例えば、図１０に詳細に説明するように、筋肉５０２を通って流れる同じ量の電流を提供するために、信号５１２の電圧を増加させることが必要であり得る。この情報は、正しい量の電流が主動筋５０２を通って流れて主動筋の正しい刺激を与えることをマスタユニット２６６が保証することができるように、ボディスーツ１００に接続されたマスタユニット２６６中に保存され得る。マスタユニットはまた、刺激パルスの電流を連続的に測定し得るので、将来の刺激においてどれだけの電流が必要とされたかを知る。
マスタユニットはまた、例えば、患者が治療中に発汗し始め、それが伝導性に影響を及ぼす場合、電圧又は電流を増加又は減少させるなど、治療中にパラメータを較正し得る。この調整機構は、外部条件が１つの治療から別の治療に又は治療の過程全体を通して変化する場合であっても、筋肉５０２が正しく刺激されることを確実にする。代わりに筋肉５０８を刺激するために刺激を逆にすることも可能である。スイッチ制御部１２９は、次いで、刺激パルスが位置５０８に送られたときに開位置に切り替えられ、その一方で、スイッチ制御部１２５は、筋肉５０８に送られた刺激パルス間の時間ギャップ中に線５１２、５１５を介して電極１３４、１３６間の電圧を測定することによって筋肉５０２からの自然発生電圧信号を測定することができるように、閉位置に切り替えられる。
図１０は、本発明のマスタユニット２６６中の適切な回路装置５１３の概略図であり、装置は、刺激パルス信号５１２の結果として筋肉を通って流れる電流を自動的に制御及び調整することを可能にする電流モード又は電圧モードのうちのいずれかの間で変更可能である。回路装置５１３の重要な特徴は、それが適応的であり、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下によって示すように、刺激された主動筋５０２を通って流れる電流の推定量に関するフィードバック情報に基づいて刺激信号５１２の電圧及び他のパラメータを適合させることである。推定電流は、抵抗器Ｒ１の抵抗と増幅器７６７からの利得とによって分割された電圧降下の電圧（ΔＶ）から計算される。装置は、このことから、自己学習型又は自動式であり、マスタＣＰＵへの入力であるパルス電流値信号７５２中のフィードバックに基づいて刺激信号の必要な調整を行う。言い換えれば、回路装置５１３は、図９の刺激信号５１２の結果として主動筋５０２を通って流れる電流の量を連続的に決定又は推定するために使用され得る。このことから、例えば、拮抗筋５０８を効果的に弛緩させるために主動筋５０２において必要とされる電流を正確に提供及び測定することが可能である。マスタユニットへのフィードバック信号７５２はまた、身体と電極との間の接触の不十分さ又は欠如を検出するために使用され得る。身体と電極との間に接触が存在しない場合、測定される電流は０である。
図１１Ａは、電流が刺激される筋肉を通って進むときに電流が装置５１３によって測定及び調整されるときの刺激電流パルス５３１を示し、図１１Ｂは、電流制御が活性化された状態で刺激パルスがスイッチＳＷ１を離れてサブコントロールユニット及び電極に至るとき（即ち、装置５１３が電流モードにあるとき）に電圧（ΔＶ）が抵抗器Ｒ１の両端間で測定されるときの刺激パルス５１９を示す。図１１Ａ～Ｂのｙ軸はアンペア（Ａ）で表され、ｘ軸は時間で表されることに留意されたい。筋肉を通って移動するパルス５３１の結果として生じる電流は、電流レベルが最大値と最小値との狭い帯域の間で移動又は揺れるとき、低リップルで実質的に一定である。電流レベルのこの制御は、本発明の重要な特徴である。刺激パルスの実際の電流は、マスタユニット２６６のＣＰＵからの電流制限器信号によって設定される低リップル電流によって決定される。本発明の重要な洞察は、実質的に一定の電流を達成するために、正しい電流レベルが達成されるまで電圧レベルを調整することによって電流を制御することが必要であるということである。これは、図１０に示す装置５１３によって自動的に行われる。実質的に一定の電流（低リップルを有する）を使用する別の重要な特徴は、電極と皮膚との間の接触が不十分であるときに、安全の理由から予め設定された電圧最大値を超えないと仮定して、十分な量の電流が筋肉を通過するまで、定電流回路装置５１３がパルス電圧を自動的に増加させることである。しかしながら、電圧が一定であるとき（電圧モードのように）、この自動調整機能は可能ではない。
図１１Ｄは、電流制御が活性化されていない状態でパルスがスイッチＳＷ１を離れてサブコントロールユニット及び電極に至るとき（即ち、回路装置５１３が電圧モードにあるとき）の電圧刺激パルス５２０（電圧は一定である）を示す。図１１Ｃは、筋肉を通って移動するときに測定されたときの結果として生じる電流を示す。図１１Ｃのｙ軸は、時間（ｘ軸）に対するアンペア（Ａ）で表され、図１１Ｄのｙ軸は、時間（ｘ軸）に対するボルト（Ｖ）で表されることに留意されたい。筋肉はまずキャパシタとして機能し、次いで抵抗器として機能し、そのため、電圧パルスのフランクは、パルスのフランク中に電極間の筋肉を充電しながら高電流ピーク５２１をもたらし（キャパシタンス）、筋肉抵抗は、次いで、充電が行われた後に終了電流レベル５２５を設定する。このようにして、電流は、筋肉の治療の開始時に非常に高く、これは、ボディスーツ１００を着用している患者にとって非常に不快となる可能性がある。電流モード（図１１Ａ及び１１Ｂ参照）を使用する１つの重要な利点は、電流が電流開始５１６と電流停止５１８との間でのみ変動するので、電流の初期ピークを防止することである。しかしながら、電極が経年劣化するにつれて、内部抵抗が増大し、そのため、電流は、最初に高いピークを有さない曲線５２３に従って変化する。電極の内部抵抗に起因して、曲線５２３における筋肉における電流は、電極が新しい（内部抵抗が非常に小さい）ときに達する電流レベル５２５よりも低い最大アンペアに達するので、電圧モードにあるときに、電極における内部抵抗を補償するために、そしてそのために曲線５２３における最大値が電流レベル５２５に達するように、パルス電力５１１における電圧を上昇させることが必要であり得ることにも留意されたい。
出ていく刺激パルス５１２は、電流モードであるか電圧モードであるかにかかわらず、スイッチＳＷ１からの出力を介してマスタユニット２６６の回路装置５１３からサブコントロールユニットに送られ、各サブコントロールユニットのＣＰＵは、入ってくるパルスを感知し、パルスはまた、サブコントロールユニット１２２などのサブコントロールユニットの出力ユニット５３５（図１５を参照）をパワーアップする。電極が経時的に経年劣化すると、それらの抵抗は増加することが多く、それは、電極における電圧降下の増加をもたらし、これは、筋肉の両端間の電圧の低下、及び筋肉を通る電流の降下をもたらすことが認識されている。これは、電圧モードにあるときに刺激パルスの電極への電圧入力が同じままであるにもかかわらず、筋肉を通る電流が減少する傾向を有することを意味する。別の要因は、治療／刺激される筋肉の内部抵抗が経時的に増大し得、それが次に、電圧が一定であるとき（即ち電圧モードであるとき）に筋肉を通って流れる電流を低減することである。
回路装置５１３（図１０）に電気的に接続されたマスタユニット２６６のＣＰＵは、マスタユニットのＣＰＵから回路装置５１３に送られた設定信号７５０に従って、回路装置５１３が電流モードにあるべきか電圧モードにあるべきかを決定する。設定信号７５０は、電圧モードを表し得る「０」モードにあり、そのため、出ていくパルスが図１１Ｄのパルス５２０のように見えるか、又は電流モードを表し得る「１」モードにあり、そのため、出ていくパルス電流が図１１Ｂのパルス５１９のように見えるかのうちのいずれかである。「１」モードは、パルス電力５１１の電圧よりも実質的に低い限り、３．３Ｖ、５Ｖ又は任意の他の所望の電圧レベルなどの任意の適切な電圧であり得る。回路装置５１３が電圧モードにあるとき、マスタユニットのＣＰＵは、電圧５１１を所望のレベルに設定する。装置が電流モードにあるとき、マスタユニットのＣＰＵは、好ましくは、パルス電力５１１の電圧を最大許容値（４０Ｖなど）に設定する。これは、回路装置５１３が電流を自己調整し、定電流を維持するために必要な高電圧レベルを提供するので、実行が可能である。回路Ｕ１は、両方の場合において、即ち装置５１３が電流モードであるか電圧モードであるかにかかわらず、抵抗器Ｒ１にわたる電圧を測定するが、回路装置５１３が電圧モードであるときには電流を制御することができない。マスタユニットのＣＰＵは、好ましくは、パーソナルコンピュータ、パッド、又は電話などのコンピューティングデバイス中のソフトウェアによって所望のモードにプログラムされる。刺激パラメータは、ワイヤード又はワイヤレス通信を介してマスタユニット２６６と通信する通常のコンピュータ、パッド、又は電話からマスタユニット中にインストールされる。電流モードを使用する１つの利点は、筋肉の内部抵抗が増加した場合、又は皮膚と電極との間に良好な接触が存在しない場合、回路装置５１３が、２つの電極間に所望の電流の流れが得られるまで、刺激信号又はパルス電力の電圧を増加させることである。好ましくは、及び安全上の理由から、パルス電力５１１における電圧をどの程度に設定することができるかの最大限度が存在する。回路装置が電圧モードにある場合、即ち刺激パルスの電圧が例えば２０Ｖで一定である場合、及び筋肉における抵抗が増加するか又は電極が経時的に消耗すると、筋肉における電流の流れは降下し、いくつかの事例では電流は流れを停止し得る。
より具体的には、図１９に詳細に示すマスタユニット２６６の電力ユニットは、抵抗器Ｒ２を介して活性化パルス７５４（図１０を参照）をスイッチＳＷ１のスイッチコントローラ７６０上の入力に送る。活性化パルス７５４は、スイッチＳＷ１を閉じるために「１」モードにあることができ、そのため、パルス電力電圧５１１は、サブコントロールユニットに続く刺激パルス信号５１２を生成するスイッチＳＷ１を通過することができる。活性化パルス７５４は、スイッチＳＷ１を「０」モードにすることができ、それは、パルス電力電圧５１１がスイッチＳＷ１を通過することができないようにスイッチＳＷ１を開く。好ましくは、活性化パルス７５４は、パルス電力電圧５１１の電圧レベル（例えば２０～４０Ｖ）よりも実質的に低い電圧レベル（例えば３．３Ｖ又は５Ｖ）である。信号又は活性化パルス７５４は、このことから、マスタユニットのＣＰＵによって決定された所望のパルス間隔及びパルス長でスイッチＳＷ１を開閉し、そのため、刺激信号５１２の脈動の周波数を設定するのはパルス７５４である。マスタユニット２６６中のＣＰＵは、スイッチＳＷ１に活性化パルスを送ることによってパルス長を決定する。活性化パルス信号７５４は、例えば２０ＶのパルスとしてスイッチＳＷ１を離れる刺激信号５１２の脈動を生成する。活性化パルスが「１」モードにある時間期間は、出ていく刺激信号５１２のパルスのパルス長又はデューティサイクルである。刺激パルス信号５１２は、次いで、サブコントロールユニットに進み、サブコントロールユニットは、入ってくる刺激パルスを正しい１つ以上の電極に転送又は分配し、マスタユニットによってサブコントロールユニットに以前に送られた正しいパルス長を送出する。刺激パルス信号５１２中の電圧パルス４９４の電圧レベル又は振幅は、電圧モードにあるとき、このことから、マスタユニットのＣＰＵによって設定され得、例えば、１０～１００Ｖで変動することができる。２０Ｖ又は４０Ｖの電圧レベルが一般的に使用されるが、このように変動することができる。制御又は活性化信号７５４のうちの「１」信号が送られると、スイッチＳＷ１が閉じ、そのため、パルス電力電圧５１１の電圧がスイッチＳＷ１を通過することができ、刺激信号５１２の出ていくパルス長が、信号７５４が「０」モードに切り替わってスイッチＳＷ１を開く前の「１」モードにある時間長によって制御される。スイッチＳＷ１が開いているとき、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧（ΔＶ）は０であり、即ち電流はそこを通って流れない。活性化信号７５４は、マスタユニットのＣＰＵから来て、そのため、出力５３７における装置５１３から出ていく電圧刺激信号５１２は、パルス５２０のように見え、刺激信号のパルス長は、活性化パルス７５４によって決定されるが、それは、活性化パルスがスイッチＳＷ１を開く、即ち「０」モードに切り替わると、パルス電力５１１はもはやスイッチＳＷ１を通過することができず、これは、図９に示すように、パルス４９４間に時間ギャップ４９８を生成するためである。言い換えれば、スイッチＳＷ１を閉じたままにするために、活性化パルス７５４が１７５マイクロ秒又は任意の他のパルス長などの「１」モードにある限り、刺激パルスは、スイッチＳＷ１を通ってサブコントロールユニット及び電極上に流れることができる。このようにして、活性化パルス７５４は、再び「０」モードに切り替わって、時間ギャップ４９８を開始するスイッチＳＷ１を開くまで、刺激信号の１つのパルス長を生成する。ボディスーツ中の全てのサブコントロールユニットはパルス４９４を受信し、各サブコントロールユニットは、マスタユニット２６６からサブコントロールユニットに送られたその命令に基づいて、電極にパルスを送出すべきか否かを決定する。
パルス電力電圧５１１が抵抗器Ｒ１を通過し、電圧降下が低い値の抵抗器Ｒ１にわたって形成されるとき（電流が流れる場合）、この電圧降下は、回路Ｕ１によって連続的に測定されて、抵抗器Ｒ１を通過するパルス電力電圧５１１の電流の量を決定する。回路Ｕ１は、正極７６１の電圧、即ち、入ってくるパルス電力電圧５１１の電圧である抵抗器Ｒ１より前の電圧から抵抗器Ｒ１の後の負極７６３における電圧までの電圧差を（スイッチＳＷ１を通過する各刺激パルスについて）測定する。電流がＲ１及び筋肉を通って流れ始めると、それは、抵抗器Ｒ１において電圧降下信号をもたらし、回路Ｕ１は、それを読み取り、信号７６５及びフィードバック信号７５２で送出する。電圧差に関する情報は、好ましくは、回路Ｕ１によって増幅され、電圧信号７５２としてパルス電流値でマスタユニットのＣＰＵに送られる。ＣＰＵ又はＡ／Ｄ変換器は、電流値電圧信号７５２をＣＰＵ用のデジタル値に変換する。抵抗器Ｒ１は非常に低いオーム値を有するので、電圧降下はミリボルトのオーダーである。抵抗器Ｒ１は、パルス電力５１１が抵抗器Ｒ１を通過し、スイッチＳＷ１に進み、刺激パルスとして出力される際の電圧損失を最小限に抑えるために、非常に低い抵抗であるべきである。好ましくは、信号７６５及び７５２は、増幅器７６７によって増幅され、そのため、信号７６５及び７５２は、マスタユニットのＣＰＵによって測定可能又は読み取り可能である。抵抗器Ｒ１の抵抗及び回路Ｕ１における増幅を知ることによって、電流を決定することが可能である。好ましくは、抵抗器Ｒ１は、パルス信号５１２における電圧の損失を最小限に抑えるために、０．１～１０オームなどの低い抵抗を有するべきである。フィードバック信号７５２中の情報は、例えば、電極と皮膚との間の不十分な接触の結果であり得る不十分な電流が存在し、そのため、刺激された筋肉上に据え付けられた電極間及び筋肉を通って流れる電流が不十分であるか又は全くないときに、マスタユニット２６６のＣＰＵに通知するので重要である。
フィードバック信号７５２は、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下によって決定されるように電流が減少していることをマスタユニット２６６のＣＰＵに示すとき、信号７５０を「０」モードから「１」モードに変更してスイッチＳＷ２を閉じるか又は活性化することによって電圧モードから電流モードに切り替えるためのトリガとして、又は電圧モードで電圧５１１を増加させて電流を増加させるためのトリガとして、ＣＰＵによって使用することができる。電圧モードでの電圧の変更は、各パルスについて行うことはできないことに留意されたい。代わりに、それは経時的でなければならず、電圧が上昇されるべきか否かを決定するのは、信号７５２の平均電流読み取り値の値である。例えば、筋肉における抵抗が増加したことが判明した場合、電圧モードにある間にパルス電力信号５１１の電圧を増加させて、筋肉を通って流れる電流を増加させることも可能である。しかしながら、装置が電圧モードにあるとき、回路Ｕ１が各パルスについての電流の流れを制御することは可能ではない。上記で説明したように、筋肉は、筋肉及び電極抵抗と直列のキャパシタのように挙動することが多く、そのため、電流は、パルスの開始時に急速に増加し、次いで急速に減少し、筋肉における抵抗は、刺激パルスのデューティサイクル中の電流の流れの下限を設定する。
パルス電流値信号７５２は、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下によって測定されるように、パルス電力電圧５１１における電圧の以前の増加が、刺激された筋肉を通って流れる電流に対して任意の効果を与えたかどうかを決定するためのフィードバック信号として、マスタユニットのＣＰＵによって使用することができる。電極の経年劣化は、電極における内部抵抗が経時的に増加する可能性があるという点で問題を生じる。電圧モードを使用する別の問題は、筋肉における抵抗が線形ではないので、制御して、電圧モードにあるときに筋肉を通って流れる十分な電流があることを確実にすることが困難であることである。フィードバック信号７５２の平均値は、このことから、十分な電流が電極間を流れていることを確実にするためにパルス電圧５１１の電圧を増加させる必要性に関する情報をマスタユニット２６６のＣＰＵに提供し得る。ＣＰＵは、装置５１３が電圧モードであるか電流モードであるかにかかわらず、パルス電力電圧５１１の電圧を増加させ得ることが理解されるべきである。活性化信号７５４の「１」モードは、３．３Ｖ、５Ｖ、又は任意の他の所望の電圧レベルなどの任意の適切な電圧であり得る。
スイッチＳＷ１は、パルス電力電圧５１１をサブコントロールユニットに接続するスイッチであり、サブコントロールユニットは、次いで、刺激パルス信号５１２を選択された電極対に転送する。上記で示したように、抵抗器Ｒ１の抵抗は非常に低く、そのため、出ていくパルス信号５１２の電圧に実際に影響を及ぼすことはない。制御又は活性化パルス７５４は、このことから、スイッチＳＷ１を繰り返し開閉して、パルス電力５１１が刺激パルス信号５１２としてスイッチＳＷ１を通過することをそれぞれ禁止又は許可し、回路Ｕ１は、電流が抵抗器Ｒ１において引き起こす低値抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下を連続的に測定して、治療される筋肉を通って流れる電流の量を間接的に決定する。
回路Ｕ１は、回路装置５１３が電流モードであるか電圧モードであるかにかかわらず、電流（即ち、抵抗器Ｒ１を通る電流によって引き起こされる抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下）を測定することに留意されたい。スイッチＳＷ２が開いているとき（「０」モード）、即ち装置が電圧モードにあるとき、回路Ｕ１は、単に抵抗器Ｒ１にわたる電圧降下を測定することができるが、出力５３７から離れてサブコントロールユニット１２２に進む出ていく刺激パルス信号５１２における出ていく電流を効果的に制御することはできない。マスタユニットのＣＰＵから入ってくる活性化パルス７５４は、（「１」モードにあるときに）スイッチＳＷ１を閉じることによって高電圧パルス電力５１１がスイッチＳＷ１を通過して、出力５３７において出ていく刺激パルス信号５１２を生成することを可能にする低レベルパルスである。パルス電力５１１は、マスタユニットのＣＰＵによって制御されるように、１０～４０Ｖなどの任意の適切な電圧を有し得る。
スイッチＳＷ２が閉じられると（「１」モード）、マスタユニット２６６のＣＰＵから入ってくる設定信号７５０のデジタルモード（「０」又は「１」）によって設定されるように、回路Ｕ１は、刺激信号５１２の出ていく電流に影響を及ぼすことができる。回路Ｕ１は、抵抗器Ｒ１にわたる測定された電圧降下によって決定されるような電流が回路Ｕ１における上限閾値（停止電流）まで増加したときに、活性化信号７５４中にＳＷ１制御ピンをＧＮＤに接続することによって、スイッチＳＷ１を一時的に開くことができる。回路Ｕ１が、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下が増加し、そのため、対応する電流が上限閾値、即ち停止電流値（回路Ｕ１ ７５９上の電流制限ピンによって設定される）に達したことを検出すると、回路Ｕ１は、ＳＷ１制御ピンをＧＮＤに接続して活性化パルス７５４を停止し、そのためスイッチＳＷ１が開く。スイッチＳＷ１が回路Ｕ１によって一時的に開かれると、開始電流値５１６が、パルス７５４がスイッチＳＷ１を閉じることを許可にすることによってパルス７５４がスイッチＳＷ１を再び閉じるように、回路Ｕ１がＳＷ１制御ピンをＧＮＤから解放するときに達するまで、抵抗器Ｒ１の両端間の電位差ΔＶは低下する。より具体的には、電圧降下（ΔＶ）が低下し、そのため、開始電流５１６値に達したことを回路Ｕ１が感知すると、回路Ｕ１はＳＷ１制御ピンを解放し、スイッチＳＷ１は再び閉じ、そのため、パルス電力電圧５１１はスイッチＳＷ１を通過し続けることができ、抵抗器Ｒ１の両端間のΔＶは、電流が再び筋肉を通って流れ始めるので増加し始める。回路Ｕ１が抵抗器Ｒ２の後の信号７５４をＧＮＤに接続するとき、ＳＷ１制御ピンへの活性化パルス７５４の電流は抵抗器Ｒ２によって制限される。抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下が電流開始５１６に達するようなものであることを回路Ｕ１が検出すると、回路Ｕ１はＳＷ１制御ピンを解放し、スイッチＳＷ１は再び閉じ、パルスの電圧は電極に接続され、電流は筋肉及び電極を通って流れ始めることができ、電流は、積分ヒステリシスを有する比較器７５６が活性化信号７５４を再び停止するときに停止電流５１８まで増加し、そのためスイッチＳＷ１が開く。このようにして、回路Ｕ１は、スイッチＳＷ２が閉じられるか又はアクティブであるとき、刺激パルス５１２のパルスデューティサイクル中に刺激された筋肉における電流の流れを制御する。開始電流と停止電流との間の電流の変動は、ＣＰＵが関与するのに十分な時間がないほど急速であることが理解されるべきである。これが、比較器７５６が使用される理由である。スイッチＳＷ１への電圧は、抵抗器Ｒ１と、マスタユニット２６６のＣＰＵによって送られるスイッチＳＷ１への活性化パルス７５４とを介して生成され、スイッチＳＷ１は、活性化／制御信号７５４によって活性化又は非活性化される。活性化／制御信号７５４が回路Ｕ１によって一時的に停止され、スイッチＳＷ２が電流モードにあるとき、これは次にスイッチＳＷ１を開き、そのため、パルス電力電流５１１は、スイッチＳＷ１を通って流れることができない。マスタユニット２６６のＣＰＵが抵抗器Ｒ２を介して制御信号７５４中のパルス活性化コマンド（即ち「１」コマンド）を送出すると、スイッチＳＷ１が閉じ、パルス電力電圧５１１は、スイッチＳＷ１を通過することができる。サブコントロールユニット１２２が、次いで、選択された電極対及び筋肉にパルスを送ると、電流の流れが始まり、これは、抵抗器Ｒ１にわたって電圧降下を生成する。抵抗器Ｒ１の両端間のこの電圧降下は、回路Ｕ１によって連続的に測定され、回路Ｕ１は、この電圧降下をフィードバック信号に変換し、このフィードバック信号は、パルス電流値信号７５２としてマスタユニットのＣＰＵに送られる。マスタユニット２６６中のＣＰＵは、刺激信号５１２の出ていくパルスの電流の値として信号７５２中の電圧降下情報を読み取る。マスタユニットのＣＰＵが電流モードを選択したとき（即ち、設定信号７５０が「１」モードにあるとき）、スイッチＳＷ２は、活性化又は閉じられる。回路Ｕ１によって測定された対応する電流（抵抗器Ｒ１の両端間の電圧によって測定される）は、マスタユニットのＣＰＵによって設定された電流の上限閾値又は電流制限と比較される。電流が上限閾値電圧値（図１１Ｂの停止電流５１８）に達すると、トランジスタ又はスイッチ７６２は、ＳＷ１制御ピンをＧＮＤに接続して、回路Ｕ１中の電流制限器比較器７５６によって決定されるように、抵抗器Ｒ２（抵抗器Ｒ２は電流制限器である）の後で制御／活性化信号７５４を短絡させる。これは、システム中の総抵抗を考慮して、パルス電力５１１の電圧が十分に高く、そのため、電流が停止電流５１８よりも高い値まで増加するであろうと仮定する。電流が上限閾値に達すると、電流制限器比較器７５６は、抵抗器Ｒ２の後で信号７５４を短絡し、そのため、スイッチＳＷ１が開き、電流の流れが停止し、電流が減少し始める。電流が開始電流５１６まで減少すると（図１１Ｂに示すように）、スイッチ７６２はＳＷ１制御ピンを接地ＧＮＤから切断し、そのため、パルス電力５１１はスイッチＳＷ１を通過することができ、電流は再び流れ始めることができる。パルス信号７５４は、抵抗器Ｒ２の前では「１」モード（３．３～５Ｖ）であるが、スイッチ７６２が閉じられ、パルス信号７５４を接地７５８に導くとき、抵抗器Ｒ２の後では「０」モード（即ち、電圧が０）である。抵抗器Ｒ２は、それを通って流れることができる電流の量を制限するので、接地への短絡が存在するときにＣＰＵを保護する。抵抗器Ｒ２は、５～１５オームの範囲内であり、より好ましくは約１０オームであり得る。スイッチコントローラ７６０は、パルス信号７５４の「０」モードへの変化を感知し、スイッチＳＷ１を開く。スイッチ／トランジスタ７６２の開閉は、電流制限比較器７５６によって制御される。比較器７５６は、ＣＰＵが電圧値７５９を送ることによって電流の値を設定することができるように、マスタユニットのＣＰＵによって制御される電流制限入口７５７を有する。開始電流５１６と停止電流５１８との間の差は好ましくは一定であり、信号７５９は、例えば停止電流５１８のレベル又は制限を設定し、それは、開始電流と停止電流との間の差（デルタ）が好ましくは同じままであり、比較器７５６のヒステリシスによって決定されるので、信号７５９が開始電流５１６についての制限も間接的に設定することを意味する。好ましくは、電圧差は、典型的には、約２０ｍＶであるべきであるが、別の値に設定することもできる。このようにして、信号７５９は、信号７５２でマスタユニット２６６のＣＰＵに送られる平均電圧値（平均電流値に等しい）を増加又は減少させることができる。比較器７５６は、増幅された電圧降下信号７６５の値を電圧値７５９の電流制限と比較し、電圧降下信号７６５が電流制限（図１１Ｂの停止電流５１８）に達すると、比較器７５６は、スイッチ／トランジスタ７６２を閉じ、そのため、活性化パルス７５４は接地７５８に進み、スイッチＳＷ１が開く。これは、抵抗器Ｒ１を通る電流が停止し、刺激信号５１２の電流が減少し、電圧（ΔＶ）が開始電流５１６（図１１Ｂを参照）に等しいレベルまで減少し、次いで、比較器７５６がスイッチ７６２を開き、そのため、スイッチＳＷ１が再び閉じ、回路Ｕ１からの電圧降下信号７６５の増加によって示すように、刺激信号の電流が増加し始める。スイッチ７６２は、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧（ΔＶ）によって示す電流が停止電流値まで増加し、スイッチ７６２が比較器７５６によって再び閉じられるまで、開いたままにされる。比較器７５６は、比較器が電流値を比較する上限レベル及び下限レベルを有するように、予め設定されたヒステリシス値を有し得る。好ましくは、比較器は、電流開始値５１６（及び電流停止値５１８）に対応する１つの組み込みヒステリシス値を有し、マスタユニットのＣＰＵは、停止電流５１８についての値を設定する。スイッチ７６２の開閉は極めて迅速（ナノ秒など）であり、パルス４９４のデューティサイクル中に生じ、そのため、スイッチ７６２はパルス中に何度も開閉される。回路装置が電流モードにあるときに電流が開始電流５１６から停止電流５１８まで増加することができるように、パルス電力５１２の電圧が十分に高いことが重要である。電流の量は、筋肉、電極、及び配線における抵抗によって決定される。
電流は、このことから、図１１Ｂのパルス５１９に示すように、上限停止電流５１８と下限閾値（開始電流５１６）値との間で変動する。スイッチＳＷ１の開閉は、刺激パルス４９４のデューティサイクル中に生じ、そのため、時間フレームは非常に短く、即ちナノ秒である。筋肉を通って、即ち筋肉上に据え付けられた電極対の間を流れる電流のサイズは、筋肉における自然抵抗と、信号７５９によって選択される電流とによって部分的に決定されることに留意されたい。
本発明の原理を、例えば、手が下方位置に固定され、患者が手を上方向に回転させることができないように、前腕に対して強張った手又は手首に適用することも可能であり得る。今日では、手は、上方向に強制的に動かさなければならない。これは患者にとって非常に不快である。本発明の重要な特徴は、まず前腕の上側に位置する主動筋に刺激信号を送り、前腕の下側に位置する緊張した拮抗筋を間接的に弛緩させることである。拮抗筋の弛緩の量は、拮抗筋における電圧出力（ＥＭＧ）の量と、電極対に接続されたときにこれがどのように変化したかとを測定することによって決定され得る。伸ばされるべき筋肉の抵抗がより小さくなるように拮抗筋がある特定の時間期間にわたって弛緩された後、比較的高い電圧又は電流信号が前腕の上側に位置する主動筋に送られ、そのため、主動筋は十分に短縮して、主動筋の動き／収縮を引き起こして（弛緩した拮抗筋が伸びている間）、外部の機械的な力を使用せずに前腕に対して上方向に手首の手を持ち上げる。この刺激信号は、腕を動かすために刺激信号が刺激された筋肉を収縮させるように、（拮抗筋を弛緩させるために）主動筋を単に刺激するために使用されるパラメータよりも高い電圧、より高い所定の電流、又はより長いパルス長（デューティサイクル）を有し得る。
図１２は本発明の電極４００の平面図であり、図１３は電極の側断面図である。好ましくは、電極４００は、金、銀、又は任意の他の導電性材料の導電層によって覆われた導電性ゴム材料を含む。電極は、鋭いエッジを有するべきではない。電極は、例えば、導電性織繊維又は銀糸、金糸、銅線、ステンレス鋼外科用ワイヤ、及びシリコンワイヤで作られ得る。
電極４００は、電極の例示的な例であり、図４のボディスーツ１００に示す電極１３４、１３６などのうちの１つであり得る。電極４００は、金又は任意の他の適切な導電性材料などの金属めっきを有する薄い導電性ゴムで作られた突出する中間セクション４０２を有する。中間セクション４０２は、柔軟な充填材料を含有し得、及び／又は膨張可能であり且つ議論の余地があるように中空であり得る。好ましくは、ボディスーツ１００の布４０４は、布が中間セクション４０２の外側部分４０８に重なるように、中間セクション４０２の外縁４０６上に延在する。布４０４は、接着剤を使用するなどの適切な方法で外側部分４０８に取り付けられる。導電性金属めっきを使用することの１つの利点は、ボディスーツ１００を着用している患者の皮膚上でより良好に摺動することである。ゴム材料で作られた従来の電極は、皮膚に対して、ボディスーツを着脱することをより困難にする高摩擦を有する。中間セクション４０２の低摩擦係数は、電極が皮膚上で摺動するようにボディスーツが患者に着脱されるときに重要である。電極４００の後側は、ゴム材料の導電層を有し得る。好ましくは、外側部分４０８の外側の布４０４は、ボディスーツに縫合される。中間セクション４０２は、外側部分４０８を越えて外側に延在する導電性コネクタ４１０を有する。コネクタ４１０は、サブコントロールユニットのうちの１つに接続された可撓性導電性ワイヤ４１２と重なり得る。コネクタ４１０の外側部分４１４は、ワイヤ４１２の外側部分４１６に、それらを縫合することなどによって取り付けられ得る。中間セクション４０２は、皮膚と電極との間の接触を改善するためにボディスーツ１００を着用している患者の皮膚４２２に対して付勢されるように、中間セクション４０２がボディスーツ１００の布４２０から離れて突出するように、柔軟なスポンジ状材料４１８で充填され得る。電極４００はまた、布４０４を通って延在する管状部分４２４を含み得る。管状部分４２４は、電極４００の内側４０１を膨張させるために使用され得るバルーン形状ポンプ４２６に接続され得、そのため、電極４００は、より拡張及び突出して、金属中間セクション４０２と皮膚４２２との間の電気的接触を更に改善する。重要な特徴は、管状部分４２４及び／又はバルーン形状ポンプ４２６が取り外し可能に取り付けられ得、そのため、それらは取り外され、ポンプアップすることによって拡張される必要がある別の電極に接続され得ることである。中間セクション４０２が硬くなりすぎたときに圧力／空気を解放するための弁を電極に設けることも可能であり、弁は、ポンプ４２６が取り外されたときにが自動的に閉じる。布４０４の後部は、電極をボディスーツ１００の布に縫合することができるように縫合可能である。好ましくは、中間セクション４０２のみがポンピングされ、コネクタ４１０はポンピングされない。電極は、弾性ボディスーツに織り込むことができ、電極は、導電性糸で織り込まれる。サブコントロールユニットに対する導体はまた、導電性糸でボディスーツに織り込むことができ、そのため、導体をサブコントロールユニットに接続することができ、縫合可能な接続部が共に縫合される。
図１４は、シリアルデータバスを使用することによってサブコントロールユニットに電力、データ、及びパルスを送る１つの可能な解決策を示す。マスタユニットが、サブコントロールユニットが何をすべきかに関する命令を有するデータをサブコントロールユニットに送出することができるように、サブコントロールユニットに送られる電力（電力３Ｖ３、５Ｖ、及びＧＮＤ）上にデータを重畳することが可能である。命令が特定のサブコントロールユニットによって受信されると、データ中の命令に基づいて、特定のサブコントロールユニットは、より高い電圧レベル（２０～４０Ｖなど）で第１のパルスを受信したときに、命令のプログラムされた送信リスト中にある第１の電極対にパルスを送るべきであることを知っている。第２のパルスがサブコントロールユニットに到達すると、第２のパルスを命令リスト等にリストされた次の電極対に送る。好ましくは、サブコントロールユニットが刺激パルスをデータパルス及び電力パルスから容易に区別することができるように、刺激パルスは、常に電力電圧及びデータパルスよりも高い電圧レベルである。データ情報は、好ましくは、サブコントロールユニットのＣＰＵに高周波数で送られる。２つのワイヤのみを使用することは、単に適切な解決策の例に過ぎず、２つよりも多いワイヤも使用され得る。例えば、３つのワイヤは、各サブコントロールユニットに使用され得、２つのワイヤは、電力、正極及び負極、並びにデータに使用され、第３のワイヤは、パルスを送るために使用される。データ命令はまた、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、等などのワイヤレス通信技術を使用することによって送られ得る。２つのワイヤを使用することも可能であり、２つのワイヤは、電力及びパルスの両方を送るために使用され、データは、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、等などのワイヤレス通信技術によって送られる。パルス４９４及びデータパルスと刺激パルスとの間の時間ギャップ４９８を例示するために、サブコントロールユニット１２２へのパルス信号５１２の一部分を図１４に示す。マスタユニット２６６が、高電圧刺激パルス間のデータユニット５３０を、マスタユニット２６６からそれぞれ延長部１２４ｂ、１３０ｂ及びワイヤ１２４ａ、１３０ａを介してデータユニット５３０を受信するサブコントロールユニット１２２（図５を参照）などのサブコントロールユニットに送ることが可能である。データユニット５３０は、好ましくは、スタートアップ中にサブコントロールユニットに送られ、そのため、サブコントロールユニットは、どの電極がいつ活性化されるべきかに関するデータユニット中の命令を受信する。言い換えれば、データユニット５３０は、まず、データユニット５３０の後に来るパルス４９４で何をすべきかに関する命令と共にサブコントロールユニットに送られる。マスタユニット２６６は、マスタユニットからサブコントロールユニットに延在するワイヤを介してサブコントロールユニットに電力を供給し得る。データユニットは、パルス４９４がマスタユニット２６６のＣＰＵから到達したときに、サブコントロールユニットがどの電極及び電極とパルス長との組み合わせにパルス４９４を分配すべきかに関する情報を含み得る。全てのサブコントロールユニットがデータを受信するが、それらは異なるアドレスを有し、そのため、マスタユニットは、データを正しいサブコントロールユニットにアドレス指定することができる。データ情報がサブコントロールユニットについて誤ったアドレスを有する場合、サブコントロールユニットはそれを読み取らない。刺激パルス中にデータは送られるべきではなく、好ましくは、サブコントロールユニットへの刺激パルスは、データフローも制御するマスタユニット２６６から生成される。上記に示したように、２つのワイヤを有するシリアルデータバスを使用する代わりに、３つのワイヤを使用することも可能であり、ワイヤのうちの２つは電力に使用され、第３のワイヤは刺激パルスを搬送するために使用され、そのデータは適切なワイヤレス技術を介して送ることができる。データがワイヤレス技術によって送られている間に電力を供給するために使用される２つのワイヤを使用することも可能である。正線又は負線でマスタユニットとサブコントロールユニットとの間でデータを送るような１線式データ送信を使用することも可能である。ボディスーツは、例えば、一方のマスタユニットが腕を刺激し、他方のマスタユニットが脚を刺激するために使用されるように、複数のマスタユニットを有することもできる。マスタユニットはまた、いくつかの電力、データ、及びパルス出力回路を有することができ、そのため、マスタユニットは、スーツの後側から独立したスーツの前部又はスーツの下部から独立したスーツの上部を動作させるなど、いくつかの独立した回路を駆動する。
図１５は、筋肉を介した２つの電極間の電流の方向を、正極が負極に変化し、逆もまた同様であるように、どのように変化させることができるかの概略図である。電流がまず筋肉の付着点又は第１の端部から筋肉の起始点又は第２の反対側の端部に流れ、次いで起始点又は第２の端部から付着点又は第１の端部に流れるように、即ち電流が筋肉を通って往復するように、電流の流れを断続的に切り替えることも可能であり得る。方向が反対方向に切り替えられる前に、１つよりも多くのサイクルにわたって一方向に流れることも可能であり得る。重要で驚くべき洞察は、電流の方向の切り替えが、治療／刺激された筋肉における自然抵抗の増大を経時的に低減することによって刺激の有効性を改善し、患者の皮膚状に赤い炎症が生じるリスクを低減することである。筋肉は、キャパシタと同様に、筋肉においてキャパシタ効果を有することが発見されている。好ましくは、サブコントロールユニット１２２のＣＰＵ５３１は、マスタユニット２６６から受信された命令に基づいて、どの電流方向が使用されるべきかを決定する。パルス長の５０％後に極性がシフトされるか、又は１つのパルス中に数回シフトされるなど、各刺激パルス中に方向を切り替えることが可能である。電極に送られる各刺激パルスの後に方向を切り替えることが可能であるか、又は電流の方向が切り替えられる前に１０個のパルスなどの多数のパルスが送られ得、次いで、例えば、方向が再び切り替えられる前に別の１０個のパルスを送ることが可能である。もちろん、方向を切り替えることなく筋肉を通して同じ方向に電流を流すことが可能である。
サブコントロールユニット１２２のＣＰＵ５３１は、パルスがサブコントロールユニットに到達したことをＣＰＵが知るように、電力線５３３を介してマスタユニット２６６から電力を受け取り、パルス（図１６のパルス入力７８２を参照）も受信する。図１５を参照すると、ユニット１２２は、マスタユニット２６６の出力５３７から送られたパルス信号５１２を受信する出力ユニット５３５を有する。出力ユニット５３５は、接地７０６を有する。マスタユニット２６６からのパルス刺激信号５１２は、図１０に示す装置５１３を介して送られる。サブコントロールユニット１２２のＣＰＵ５３１は、パルスを線５４３を介して出力ユニット５３５にいつ送出するかに関する命令を送るＩ／Ｏユニット５３９を有する。より具体的には、ユニット５３９は、「０」命令又は「１」命令のうちのいずれかを送出し得、「１」命令は、出力ユニット５３５が、マスタユニット２６６から入ってくる刺激パルス５１２を電極に転送するために、ある特定の時間期間にわたって刺激出力パルスを導出することを表し得る。「０」命令は、刺激パルス信号５１２が出力ユニット５３５を通過することができないように、出力ユニット５３５が閉位置に切り替えられて出力機能を閉じることを表し得る。ＣＰＵユニット５３１はまた、どの電流方向を使用するかに関する「０」又は「１」命令を線５４５を介して出力ユニット５３５に送出するＩ／Ｏユニット５４１を有する。「０」命令は一方向を表し得、「１」は反対の電流方向を表し得る。電極１３４が正極であり、電極１３６が負極である場合、電流は、出力ユニット５３５から電極１３４にワイヤ１３４ａを介して筋肉を通って電極１３６に流れ、ワイヤ１３６ａを介してサブコントロールユニット１２２の出力ユニット５３５に戻り、接地（ＧＮＤ）に流れる。電極１３４と１３６間との矢印７０２及び７０４は、電流の流れの方向を変更することができることを示す。図５に示すように、サブコントロールユニット１２２は、電極１３４ａ、１３６ａにそれぞれ接続された延長部１３４ｂ、１３６ｂだけに限定されず、好ましくは少なくとも８つのそのような延長部を有する。例えば、電極１３４又は１３６が１つ以上の他の電極と組み合わされるように組み合わせを作成することも可能であり、そのため、複雑な治療パターンが、マスタユニット２６６中のＣＰＵからの命令を用いてＣＰＵ５３１によって作成され得る。
図１７は、分配ユニット７７０がどのように電力、データ、及びパルスを受け取り、サブコントロールユニット１２２（図１５にも図示）などのサブコントロールユニットのＣＰＵ５３１及び出力ユニット５３５に信号を分配するかを例示する。一般に、例えば２つのワイヤ１２４、１３０で最終的に送信されるシリアルデータバス情報（即ち電力、データ、及びパルス）は、まず、サブコントロールユニットのＣＰＵ及び出力ユニットに接続された５つの別個の線に分けられるか又は分割される。好ましくは、分配ユニット７７０は、サブコントロールユニット１２２の一部及びマスタユニット２６６の一部である。図１６は図１５と同様であるが、より詳細を示し、２つの電極１３４、１３６だけの代わりに８つの電極１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、及び１４８と、図１５に示す１つの出力ユニット５３５だけの代わりに４つの出力ユニット５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、５３５ｄとを含む。このシステムでは、マスタユニット２６６は、ボディスーツ中の全てのサブコントロールユニットに電気的に接続された図１７のワイヤ１２４及び１３０などの２つのワイヤ及びマスタユニット２６６に向かう他のワイヤ対のみを使用することによってサブコントロールユニット及び電極と通信している。図１７のワイヤ１２４などの１つのワイヤは、マスタユニット２６６から受け取られた例えば＋３．３ＶのＶＣＣ電力、データ１パルス５３０及び刺激パルス４９４をサブコントロールユニット搬送することができる。ワイヤ１３０などの他のワイヤは、接地（ＧＮＤ）として機能し、データ２パルス７７２を搬送することができる。データ１パルス５３０及びデータ２パルス７７２は、マスタユニットと全てのサブコントロールユニットとの間の通信に関する。他のデータバス構成も使用され得る。ユニット７７０は、データがＣＰＵ５３１のデータ入力データＩＮ１ ７７４に進むように、データ１パルス５３０をユニットＣ１によってＶＣＣから分離する（図１６に最も良く図示）。データ２パルス７７２は、ユニット７７０によってユニットＣ２によってＧＮＤからＣＰＵ５３１の入力データＩＮ ２ ７７６に分離される。電極への刺激信号５１２のパルス４９４は、データが送られないときにサブコントロールユニットに送られる。このパルス４９４は、ＣＰＵ５３１によって入力７８２において抵抗７８０及びツェナーダイオードＤ１（図１６）を介してパルス入力７８２に読み取られる。このパルス４９４はまた、サブコントロールユニットがパルスを送出するとき、電極へのパルス入力７９６及びパルス出力７９８として５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ及び５３５ｄに進む。ＣＰＵ５３１は、パルス出力許可機能７９４を活性化することによって、刺激信号５１２のパルス長を同じに保つか、又は短くすることができる。同じ原理が、全ての他の出力ユニット５３５ｂ～ｄに適用される。
図１７の分配ユニット７７０は、高電圧パルスが高電圧に耐えることができない任意のコンポーネントを破壊しないように、電子コンポーネントの保護を提供する。分配ユニット７７０は、ＶＣＣ電力信号７８４（＋３．３Ｖなど）をサブコントロールユニット１２２に分配して、サブコントロールユニット１２２のコンポーネントに電力を供給し、ＧＮＤ７８６を介して接地する。ＣＰＵは、電極間の矢印によって例示するように、電極の電流方向７８８ａ、７８８ｂ、７８８ｃ、７８８ｄに関する出力ユニット５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、及び５３５ｄの電流方向と、図１６の電極１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、及び１４８の極性をどのように切り替えるかとを制御する。矢印７９０、７９１、７９２、及び７９３のみが、例えば電極１３４が電極１３６の代わりに電極１３８と対にされるように、電極対も変化し得ることを例示する。電極は任意の組み合わせで対にされ得、電極対１３４及び１３６並びに電極対１３４及び１３８は単なる例に過ぎないことが理解されるべきである。これは、電極１３４が例えば正極であり、その一方で電極１３８が負極であることを意味する。電極１３４は、任意の他の電極と対にされ得る。１つの電極は正極でなければならず、対にされた電極は負極でなければならないので、電極のうちの任意のものを互いに対にすることを可能にするために、電極が極性を変更し得ることが重要である。電極の極性の変更は、筋肉を新たらしい異なる方法で刺激することを可能にする。これは、電極の極性が固定されているときには可能ではない。
マスタユニットとサブコントロールユニットとの間のシリアルデータ１及び２には、パルスがサブコントロールユニットから電極にどのように送出されるべきかに関する情報を含む。刺激パルスがパルス入力７７８を介してサブコントロールユニットに到達すると、ＣＰＵ５３１はまず、サブコントロールユニットに到達した刺激パルスを認識するか、又はそれによって活性化されなければならない。これは入力７８２によって決定される。次いでサブコントロールユニットのＣＰＵは、刺激パルスがどの電極対に送られるべきかを選択し、ＣＰＵは電流方向を設定し、次いでＣＰＵは、刺激パルスが通過してユニット５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、又は５３５ｄ上にパルス出力することを可能にする。好ましくは、線７７８を介してマスタユニットから受信される刺激パルスのパルス長又はデューティサイクル（２００マイクロ秒など）は、出力ユニット５３５ａから電極１３４及び１３６に送られる刺激パルスの最大パルス長（１７５マイクロ秒など）よりも僅かに長いべきである。入ってくるパルスのパルス長が電極への出ていくパルスよりも僅かに長い限り、パルス長の正確な値は重要ではない。サブコントロールユニットは、サブコントロールユニットが正しいパルス長を設定するように、刺激パルス長を知る。パルス長の差（２５マイクロ秒など）は、出力ユニット５３５ａが入ってくる刺激パルスを受信し、刺激パルスを正しい電極に正しい長さで送ることを可能にする。
図１８は、電極が脳からの微弱な電圧信号を測定するように、ボディスーツ１００を着用する患者の脳信号８００を読み取るボディスーツ１００の概略図である。ボディスーツ１００の上部のみを図１８に示し、ボディスーツ１００の他の部分は、同様に全ての参照番号を含む図４に示すボディスーツと同一である。スーツ１００は、弾性及び可撓性ワイヤ８０６を介してワイヤ１５５に電気的に接続された正極８０４と、弾性及び可撓性ワイヤ８１０を介してワイヤ１５７に電気的に接続された負極８０８とを有する第６のコネクタ８０２を有する。第６のコネクタ８０２は、弾性及び可撓性ワイヤ８１６を介して第７のサブコントロールユニット８１４に電気的に接続される正極８１２と、弾性及び可撓性ワイヤ８２０を介してサブコントロールユニット８１４に電気的に接続される負極８１８とを有する。サブコントロールユニット８１４は、いかなる筋刺激機能も有さないという点で他のサブコントロールユニットとは異なるが、脳８００の脳信号活動に関する情報を電極から受信し、この情報をシリアルデータバスを介してマスタユニット２６６に送信するために使用される。マスタユニット２６６は、情報を受信し、どの刺激が活性化されるべきかを決定する。サブコントロールユニット８１４は、システムに入力を提供することができ、そのため、システムは、これらの信号の助けを借りて、ボディスーツを着用している人がどの身体部分を動かしたいかを知覚することができる。これは、マスタユニット２６６が、腕を動かすことなどの所望の筋肉の動きを実行するためにどの筋肉が活性化されなければならないかを学習するために、ヘッドバンド８３２の内側又は下頸部の高さ若しくは上部脊髄における電極によって感知された脳電圧信号（ＥＥＧ信号）を解釈するために介入するところである。本発明は、単に脳レベルで信号を読み取ることに限定されない。患者が電極を有するヘッドセット又はヘッドピースを着用することを必要とせずに、動きの要求を読み取るために、下頸部の高さ又は上部脊髄において脳が送る信号を読み取るためにボディスーツを使用することも可能である。ヘッドセットを必要とすることなく、上頸筋、顎筋、胸鎖乳突筋及び側頭筋における信号を測定して脳信号を読み取るために、ボディスーツを使用することができる。
マスタユニット２６６は、様々な筋肉の動きについての以前に記録及び記憶された脳電圧波パターンを含むデータベースを有し得、そのため、ある特定の脳電圧波パターンが受信されると、マスタユニットは、まず、入ってくる脳信号のパターンを分析し、次いで、そのデータベースを検索して一致する脳信号パターンを見つけ、次いで、この一致する脳信号パターンは、どの電極が活性化されるべきか、及び、図９に例示する動きなどの所望の筋肉動き又は刺激をどの順序で実行すべきかに変換される。サブコントロールユニット８１４は、電極８２４、８２８から入ってくるデータを保存及び分析し、マスタユニット２６６にデータを送るＣＰＵを含み、マスタユニット２６６は、どの電極がスーツ中で活性化されるべきかを決定する。マスタユニットがデータを要求すると、サブコントロールユニット８１４はシリアルデータバスを介してマスタユニット２６６にデータを送出することが理解されるべきである。
モジュール中のサブコントロールユニットと同様に、サブコントロールユニット８１４は、ワイヤ８２２を介して電極８２４に電気的に接続され、ワイヤ８２６を介して別の電極８２８に電気的に接続される。サブコントロールユニット８１４とコネクタ８０２との間に２つよりも多くのワイヤが使用され得ることが理解されるべきである。電極は、好ましくは、弾性ヘッドバンド８３２によってヘッド８３０に対して付勢される。図１８は、２つの電極のみを例示するが、脳８００の脳電圧信号を監視して、人がどの筋肉を使用しようと考えているかを決定するために、より多くの電極が必要に応じて使用され得る。ボディスーツは、胸鎖乳突筋、側頭筋、咬筋、僧帽筋、後頭下筋、頸髄起立筋において信号を読み取るために使用され得る。ボディスーツは、頭部及び頸部の重要な筋肉の測定を行うために使用することができる。
第１の筋肉におけるＥＭＧ測定値を記録及び記憶することができる。ＥＭＧ活性化の記録は、スーツ中の電極を使用することによって、患者／使用者中の任意の他の筋肉の活性化と対にすることができる。スーツ電極を通した任意の他の筋肉の活性化は、第１の筋肉の活性化に接続することができる。例えば、使用者は、歯を食いしばるなどして、咬筋を活性化することができる。咬筋からのＥＭＧ信号は、膝伸筋の収縮を活性化するための開始信号とすることができる。四肢不全麻痺を有する患者／使用者は、頸髄損傷後に、顎閉鎖筋の活性化を通して立つ能力を回復することができる。別の例は、肩をすくめることが、ボディスーツ中のＥＭＧ電極によって測定される僧帽筋の活性化につながることである。僧帽筋の活性化は、腕を持ち上げる筋肉及び肘を曲げる筋肉の活性化と対にすることができる。この例では、肩をすくめることは、使用者が誰かを抱きしめることにつながり得る。
図１９は、マスタユニット２６６及び全てのサブコントロールユニットを電気的に駆動するために、好ましくは、６～１０ボルト（又はそれ以上）などの使い捨て又は再充電可能なバッテリ８５０を含むマスタユニット２６６の概略図である。好ましくは、充電中にボディスーツ１００に任意の望ましくない電圧が入ることを防止するために、バッテリは、マスタユニット中及びスーツ中にある間は充電することができない。外部バッテリ充電器が使用されるべきである。バッテリ８５０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）８５４、ディスプレイ８６０、並びに全てのマスタユニット回路５１３（図１０にも図示）及び全てのサブコントロールユニットに電力を供給する電源ユニット８５２に電気的に接続される。電力モジュール又はユニット８５２はまた、サブコントロールユニットに送られる刺激パルス５１２を生成するために使用される刺激パルス電圧５１１の電圧を、例えば約２０Ｖ又は４０Ｖにステップアップするステップアップ電圧回路８５６を有し、回路装置５１３及びＣＰＵへの電力電圧は、例えば３．３Ｖ又は５Ｖであり得る。言い換えれば、回路８５６は、３～１０Ｖなどのバッテリの電圧を約２０～４０Ｖまで増加させる。刺激パルス５１２において使用される正確な電圧は、ＣＰＵ８５４及びそのソフトウェアによって決定される。マスタユニット２６６はまた、刺激パルスにおけるパルス長が所定の最大時間期間よりも長くないことを確実にする安全回路モジュールをハードウェア８５８中に有する。図１０の装置５１３中のＣＰＵへの言及は、装置５１３から情報を受信し、装置５１３に情報を送るために入力／出力を制御するＣＰＵ８５４への電気接続が存在することを意味する。マスタユニットは、療法士がマスタユニットのパラメータ及びプログラムを設定し、見て、変更し、また、以前の刺激実行中に収集されたマスタユニットからのデータを受信することができるようなインターフェースである使用者インターフェースユニット８６０を有する。表示ユニット８６０は、表示ウィンドウ８６２を含み得、刺激プログラムなどの刺激プログラムの実行を開始又は停止する開始／停止部８６４として切り替え、刺激プログラムを選択及び変更し、刺激プログラムの実行を一時停止することを可能にする。ユニット８６０は、音／警告信号を提供するブザー８６６と、インジケータとしてのＬＥＤダイオード８６８とを有する。マスタユニット２６６はまた、ボディスーツ１００中のサブコントロールユニットと、ＰＣ、パッド又は電話のようなコンピュータと、インターネット及びクラウドサービスと通信するために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ－Ｆｉ、及びＵＳＢデータ接続用の通信モジュール８７０を有する。マスタユニット２６６は、図１７と同等の電力、正極、負極、重畳データ、及び刺激パルスを含む５つのタイプの信号を送るために、サブコントロールユニットに至る全ての配線を接続するインターフェース８７２を有する（参照番号７７０を参照）。
図２０は、図９と実質的に同様であるが、腕５０９の動きを登録する動きセンサ５１７を含む。動きセンサは、動きの測定が所望されるボディスーツ１００の任意の部分上に配置され得、腕５０９の肘上のセンサ５１７の配置は、単なる例示的な例に過ぎない。センサ５１７によって感知された動きに関する情報は、ワイヤ５１９、５２１を介してサブコントロールユニット１２２に送られ、信号５１２が、腕５０９を動かすために筋肉５０２を収縮させるのに十分強いとき、又はボディスーツの使用者が腕を動かすことができるときに、身体の動きに対する刺激信号５１２の影響に関するフィードバックをサブコントロールユニット１２２に提供する。このようにして、サブコントロールユニットは、腕が動いたかどうか、及びどの程度動かされたかに関する情報を受信する。動きセンサにより、システムは、刺激パルスで生成された微細な動きであっても動きに関する情報を得ることができる。この情報はまた、刺激信号５１２のパラメータをそれに応じて調整することができるように、マスタユニット２６６に送られる。「スイートスポット」に到達したかどうか、即ち、例えば腕の物理的な動きを引き起こすことなく、脊髄からの応答をトリガする筋肉の正しい刺激に到達したかどうかを決定するために、筋肉レベルでの微細な動きを単に読み取ることも可能である。
図２１は、本発明の弾性でぴったりとしたボディスーツ１０００の衣服の前側の概略図である。ボディスーツ１０００は、ボディスーツ１０００が右手グローブモジュール１００２、左手グローブモジュール１００４、右ソックスモジュール１００６、及び左ソックスモジュール１００８も含むことを除いて、図４及び１８に示すボディスーツ１００と実質的に同様である。ボディスーツ１００の詳細な説明は、ボディスーツ１０００にも適用される。明確にするために、ボディスーツ１０００とボディスーツ１００との間の違いのみがここで説明される。ボディスーツ１０００の１つの重要な特徴は、上記で詳細に説明したように、それが、脳信号を読み取ることによって、並びに筋肉を電気的に弛緩及び刺激することによって、スーツを着用している患者が手、指、足、及び爪先を動かすことを可能にすることである。右腕モジュール１０２のサブコントロールユニット１２２は、右手コネクタ１０１４の正極１０１２に電気的に接続された弾性及び可撓性ワイヤ１０１０と、右手コネクタ１０１４の負極１０１８に電気的に接続された弾性及び可撓性ワイヤ１０１６とを有する。上記で詳細に説明した他のコネクタと同様に、右手コネクタ１０１４は、右手グローブモジュール１００２を右腕モジュール１０２に電気的に接続する。
右手グローブモジュール１００２は、上記で詳細に説明したように、手１０２８の筋肉を弛緩及び刺激するために弾性及び可撓性ワイヤ１０２２ａ、１０２４ａ、及び１０２６ａを介して電極１０２２、１０２４、及び１０２６に電気的に接続された右手サブコントロールユニット１０２０を有する。サブコントロールユニット１０２０は、正極１０３０及び負極１０３２に電気的に接続される。サブコントロールユニットは、ここでは３つの電極を有して示されているが、より多くの又はより少ない電極を有することができる。これは、図２１の全てのサブコントロールユニットに当てはまる。
左腕モジュール１０６のサブコントロールユニット２２８は、左手コネクタ１０３８の正極１０３６に電気的に接続された弾性及び可撓性ワイヤ１０３４と、左手コネクタ１０３８の負極１０４２に電気的に接続された弾性及び可撓性ワイヤ１０４０とを有する。左手コネクタ１０３８は、左手グローブモジュール１００４を左腕モジュール１０６に電気的に接続する。左手グローブモジュール１００４は、上記で詳細に説明したように、手１０５２の筋肉を弛緩及び刺激するために弾性及び可撓性ワイヤ１０４６ａ、１０４８ａ、及び１０５０ａを介して電極１０４６、１０４８、及び１０５０に電気的に接続された左手サブコントロールユニット１０４４を有する。サブコントロールユニット１０４４は、正極１０５４及び負極１０５６に電気的に接続される。
右脚モジュール１１０のサブコントロールユニット２９４は、右足コネクタ１０６２の正極１０６０に電気的に接続された弾性及び可撓性ワイヤ１０５８と、右足コネクタ１０６２の負極１０６６に電気的に接続された弾性及び可撓性ワイヤ１０６４とを有する。右足コネクタ１０６２は、右ソックスモジュール１００６を右脚モジュール１１０に電気的に接続する。右ソックスモジュール１００６は、上記で詳細に説明したように、右足１０７８の筋肉を弛緩及び刺激するために弾性及び可撓性ワイヤ１０７０ａ、１０７２ａ、１０７４ａ、及び１０７６ａを介して電極１０７０、１０７２、１０７４、及び１０７６に電気的に接続された右足サブコントロールユニット１０６８を有する。サブコントロールユニット１０６８は、正極１０８０及び負極１０８２に電気的に接続される。
左脚モジュール１１２のサブコントロールユニット３２０は、左足コネクタ１０８８の正極１０８６に電気的に接続された弾性及び可撓性のワイヤ１０８４と、左足コネクタ１０８８の負極１０９２に電気的に接続された弾性及び可撓性のワイヤ１０９０とを有する。左足コネクタ１０８８は、左ソックスモジュール１００８を左脚モジュール１１２に電気的に接続する。左ソックスモジュール１００８は、上記で詳細に説明したように、右足１１０４の筋肉を弛緩及び刺激するために弾性及び可撓性ワイヤ１０９６ａ、１０９８ａ、１１００ａ、及び１１０２ａを介して電極１０９６、１０９８、１１００、及び１１０２に電気的に接続された左足サブコントロールユニット１０９４を有する。サブコントロールユニット１０９４は、正極１１０６及び負極１１０８に電気的に接続される。このことから、ボディスーツを着用している患者の足及び手からの動き及び電圧信号を測定することも可能である。
本発明のボディスーツ１０００はサブコントロールユニットを有するので、グローブ及びソックスモジュール上の電極を活性化することによって、手及び足への刺激を拡張することが可能である。マスタユニット２６６がサブコントロールユニット１０２０と通信してサブコントロールユニット１０２０に接続された電極を制御することができるように、腕モジュール１０２などの１つのモジュールを取り外し、コネクタ１２８を右手コネクタ１０１４に直接電気的に接続することも可能である。モジュールの取り外しのこの原理は、全ての他のモジュールに適用され、即ち、１つのモジュールを取り外し、次いでコネクタを互いに直接接続することができる。
動作中、刺激治療の開始時などに、パルス長、刺激パルスの電圧レベル、及び電流レベルを増大又は徐々に増加させて、治療を患者にとってより快適にすることが可能である。言い換えれば、治療は、軽度の刺激で開始し、それは、患者が刺激信号を感じるのに慣れたときに刺激信号をより強力にするために徐々に増加される。必要に応じて、治療の終了時、又は刺激パルスが患者にとって強すぎるか又は強力すぎるとき（即ち、刺激信号が例えば腕の望ましくない動きを引き起こすとき）などに、パルス長、刺激パルスの電圧レベル、及び電流を低減することも可能である。より具体的には、装置５１３が電流モードにあるとき、パルス電力５１１の電圧が停止制限電流５１８における電流に対して十分に高いと仮定して、信号７５９における電流制限によって設定された電流を徐々に増加させることが効果的である。増大期間は、完全な治療電流に達する前の５～１０分間であり得る。治療期間は、４０～６０分であり得る。治療期間は、これより長いことも短いこともあり得る。治療期間が終了すると、患者にとって快適にするために、信号７５９における電流制限を徐々に下げることによって低減する、即ち５～１０分にわたって電流を徐々に低減することが可能である。パルス長も同様に増大され得るので、パルス長が１７５マイクロ秒である場合、第１のパルスは３０～５０マイクロ秒長であり得、これは５～１０分で完全なパルス長に達するまで徐々に増加される。パルス長はまた、５～１０分にわたって同様の方法で治療の終了時に低減することができる。パルス長の増減は、電圧モード及び電流モードの両方に適用される。装置５１３が電流モードにあるときにパルス電力５１１の電圧を上昇させることは、装置５１３が次いで自己調整し、比較器７５６が信号７５９で提供される電流制限レベルの結果として電流を設定するので、より効果的ではない。電流モードにあるときの唯一の電圧要件は、停止電流５１８を達成するのに十分に高くなければならないことである。刺激信号５１２の電流が増大されると、これは、マスタユニット２６６のＣＰＵに進むパルス電流値信号７５２（図１０を参照）に反映され、そのため、ＣＰＵは、同様にマスタユニット２６６のＣＰＵによって送られる信号７５９における電流制限を上昇させた結果として電流が実際に徐々に増加しているというフィードバックを受信する。電流開始５１６と電流停止５１８との間の変動は、パルス長４９５よりも（ナノ秒範囲で）短いので、信号７５２における電圧値は、電流開始５１６と電流停止５１８との間で変動する電圧又は等価電流の平均を表す。このようにして、パルス電流平均値信号７５２は、信号７５９における電流レベルの変化に対するフィードバック信号として機能する。信号７５２における対応する電流値は、図１１Ｃに示すように、筋肉を通って１つのパルスで流れる実際の電流の値が未知であるか、又は少なくとも制御が困難であるので、装置５１３が電圧モードにあるときに特に重要である。電圧モードにあるとき、及び信号７５２における対応する平均電流が高すぎるとき、マスタユニット２６６のＣＰＵは、パルス電力５１１の電圧を下げることができる。同様に、信号７５２で報告されるように平均電流が低すぎるとき、ＣＰＵは、図１１Ｃに示すように、各パルスにおいて筋肉を通って流れる正確な電流を知ることは困難であるが、所望の電流に達するまで、電圧モードにあるときにパルス電力５１１の電圧を増加させることができる。
電流モードにあるとき、及び刺激信号５１２の電流が高すぎる場合、動きセンサ５１７（図２０を参照）は、筋肉の動き又は収縮、例えば、腕５０９をサブコントロールユニット１２２に進む信号５１９、５２１で報告するものとして感知することができ、サブコントロールユニット１２２は、装置５１３が電流モードにあるとき（図１０を参照）、回路Ｕ１の比較器７５６に進む信号７５９の電流制限を下げる動き情報をマスタユニット２６６に転送し、サブコントロールユニットはまた、パルス長を短縮して刺激を下げることができる。電流が高すぎ、装置５１３が電流モードにある（信号７５０が「１」モードにある）とき、マスタユニット２６６のＣＰＵが刺激信号５１２の各パルス４９４のデューティサイクル又はパルス長４９５を短縮するか、又は電流制限レベル７５９を下げることも効果的であり得る。マスタユニット２６６のＣＰＵは、装置５１３が電圧モードであるときにパルス長を短縮することも可能であるが、筋肉を通って流れる電流は、パルスの先頭にピーク５２１（図１１Ｃを参照）を含むので、パルス長を僅かに短縮してもピーク５２１が取り除かれないので、パルス４９４の先頭に電流ピーク５２１が発生してからパルス長が１７５マイクロ秒から１００マイクロ秒などに僅かに短縮されたとしても、ボディスーツを着用している患者にとって刺激信号は依然として不快であり得る。電流モードは、電流が電流開始５１６と電流停止５１８との間でのみ変動するので、この欠点を有さない（図１１Ｂを参照）。
拮抗筋５０８上に据え付けられた電極１３８、１４０からの電圧信号間の差を測定することも可能である。この電圧差は、増幅器１２７（図９を参照）によって増幅され、サブコントロールユニット１２２中に記憶される。サブコントロールユニット１２２は、次いで、時間間隔を置いて電圧差をマスタユニット２６６に報告し得、そのため、マスタユニットは、筋肉５０２の刺激信号５１２のパラメータが変更されるべきかどうかを決定することができる。電圧差が高い場合、これは、筋肉５０８が十分に弛緩していないことを意味し、筋肉５０２の刺激は、装置５１３が電流モードであるときに電流を上昇させるか、又は装置５１３が電圧モードであるときに電圧を上昇させるなど、信号５１２のパラメータを上昇させることによって増加すべきである。
１つのマスタユニットがボディスーツの第１のモジュール中で第１のプログラムを実行し、第２のマスタユニットが第２のモジュール中で第２のプログラムを実行するように、１つよりも多くのマスタユニットをボディスーツに接続することも可能であり、第２のプログラムは第１のプログラムとは異なる。このようにして、第１のプログラムに関連する刺激パルス、周波数、等は、第２のプログラムに関連する刺激パルス、周波数とは無関係である。多くのマスタユニットをボディスーツのコネクタに接続することができる。腕モジュールのみが使用される場合、マスタユニット２６６は、コネクタ１２８又はコネクタ１９４において接続することができる。好ましくは、１つ以上のマスタユニットは、ボディスーツ上のコネクタのうちの任意のものに接続可能である。
図２２Ａ～２２Ｃは、電圧モードを使用することの欠点を例示する。電極及び筋肉の抵抗値は、本発明の原理を説明するための単なる例示的な例に過ぎないことが理解されるべきである。他の抵抗値も使用され得る。図２２Ａを参照すると、及び図１１Ｃ～１１Ｄに関して詳細に説明したように、筋肉を通って流れる初期電流（装置５１３が電圧モードにあるとき）は、パルスフランク中にピーク値５２１に達し、これは例えば約２５ｍＡであり得、これは急速に作動電流レベル５２５まで減少し、これは例えば、電極における内部抵抗が約１００オームであり、筋肉抵抗が約６５００オームであり、パルス電圧が２０Ｖであるときに約３ｍＡであり得る。この例では、約０．３Ｖが各電極で失われる。各電極における内部抵抗は、約１０００オーム又は１０００オームよりも実質的に高い任意の値まで増加し得る。抵抗が１０００オームであるとき、電流は２０Ｖ／８５００オーム＝２．３５ｍＡであり、それは筋肉を通って進む最大電流である。筋肉はキャパシタのようなものであるので、筋肉を通して電極間にキャパシタンスが存在するので、最大充電電流は１０ｍＡ（２０Ｖ／２０００オーム＝１０ｍＡ）以下である。ピーク５２１の後の電流最大値のレベルは、総抵抗（即ち電極の抵抗＋筋肉抵抗）に依存する。上記の例では、抵抗は筋肉で約６５００オームであり、各電極で１０００オームであり、そのため、最大電流は図２２Ａの曲線５２３によって示すように２．３５ｍＡ（２０Ｖ／８５００オーム＝２．３５ｍＡ）である。
図２２Ｂは、電極が各々１００オームの内部抵抗を有するときの電極の両端管の電圧と、電圧２０Ｖよりも低い１９．４Ｖなどの電圧レベル５２７まで電圧がどのように徐々に増加するかを例示する。これは、電極における電圧降下が、刺激信号５１２のパルス４９４の各電極（３ｍＡ×１００オーム＝０．３Ｖ）において０．３Ｖであるためである。電流ピークの低減は、電極における電圧降下を増加させる。図２２Ｃは、電圧モードが使用されるときの各１００オームの抵抗を有する筋肉及び電極を例示する。ピーク電流が２５ｍＡ（キャパシタンスを充電する）であり、各電極１３４、１３６が１００オームの電極抵抗を有する場合、ピークトップ中に各電極１３４、１３６において２．５Ｖの電圧が失われ、そのため、図２２Ｂに示すように、電圧は電極間及び筋肉において１５Ｖである。電流がパルス中に減少すると、図２２Ｂに例示するように、電極間及び筋肉５０２上で電圧が増加する。３ｍＡの電流レベルでは、各電極の抵抗が１００オームであるときに各電極１３４、１３６において約０．３Ｖが失われ、それは、筋肉５０２の両端間の電圧５２７が図２２Ｂではなぜ１９．４Ｖにしか達しないのかを説明する。筋肉５０２を通る総抵抗が約６５００オームであり、電極１３４、１３６が各々１０００オームの抵抗を各々有する場合、回路には８５００オームの総抵抗が存在する。結果として生じる最大電流は、パルス４９４の電圧が２０Ｖであり、総抵抗が８５００オームであるとき、図２２Ａの曲線５２３によって示され、図２２Ｄに例示するように、２．３５ｍＡである。図２２Ｄは、電極１３４、１３６の抵抗が１００オームから１０００オームに増加したことを除いて、図２２Ｃと同一である。繰り返すが、筋肉はキャパシタのようなものであるので、充電電流は、電極が各々１０００オームの抵抗を有するときに最大１０ｍＡである（２０Ｖパルス／電極抵抗２０００オーム＝１０ｍＡであり、これは筋肉を通して電極間にキャパシタンスが存在するためである）。図２２Ａ及び２２Ｂは、装置５１３が電流モードにあるときに可能なように電流を制御することができないので、電圧モードを使用することの欠点を例示する。
本発明の別の非常に重要な特徴は、回路装置５１３（図１０に図示）が、図２３に示すサブコントロールユニット１２２などの各サブコントロールユニット中に含まれ得ることである。この信号７５０、７５４、及び７５９は、マスタユニットのＣＰＵの代わりにサブコントロールユニットのＣＰＵから来る。好ましくは、サブコントロールユニットのＣＰＵは、信号７５０、７５４、及び７５９がどのように調整又は設定されるべきかに関する命令をマスタユニットのＣＰＵから受信する。各サブコントロールユニットにおける回路装置５１３の包含は、各サブコントロールユニットにおける信号７５９が図１０に関して上記で詳細に説明したように電流制限を設定するので、第２のサブコントロールユニットにおける第２の電流とは異なる第１の電流を第１のサブコントロールユニットにおいて流すことを可能にする。加えて、各サブコントロールユニットのＣＰＵはまた、上記で詳細に説明したように、スイッチＳＷ１を介してパルス長を設定することができる。
サブコントロールユニット中に電圧調整回路を追加し、そのため、サブコントロールユニットがマスタユニットから受信されたパルス５１２の電圧を調整し得る（下げ得る）ようにすることが可能である。例えば、装置が電圧モードにあるとき、サブコントロールユニットは、スイッチＳＷ１を通してユニット５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、及び５３５ｄに進むパルス電圧の最大レベルを設定することができる。装置が電流モードにあるとき、電圧は最大値に設定され、電流は装置によって設定され、装置は次に、図１０に関連して説明したように、電流が一定であるように刺激信号の電圧に影響を及ぼす。サブコントロールユニットが何をすべきかに関する全ての情報は、マスタユニットから命令として受信され、マスタユニットは次に、命令をマスタユニットに送るＰＣ刺激ソフトウェアプログラムから、患者についての刺激パターンを設定する療法士からの入力情報を受信する。
図２３は、回路装置５１３（図１０に図示）と実質的に同様である装置５１３’を含む修正されたサブコントロールユニット１２２’を示し、そのため、ユニット１２２’は、電圧、パルス長、及び電流（電流モードにあるとき）を調整する（下げる）ことができる。より具体的には、刺激パルス信号５１２は、図２４に示すスイッチＳＷ１からマスタユニット２６６から到達する。ＣＰＵ５３１は、パルス入力７８２において刺激信号５１２を受信する。ＣＰＵ５３１は、出力ユニット５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、５３５ｄに電気的に接続される。出力ユニットの詳細は、図１６に関連して説明し、図２３の出力ユニットにも当てはまる。ＣＰＵ５３１は、パルス電圧レベル制御信号１１１０をパルス電圧制御回路１１１２に送ることによって刺激パルス信号５１２の電圧を維持し得るか又は下げ得、そのため、パルス入力１１１４における刺激パルス信号５１２の電圧が同じままであるか、又はパルス出力１１１６において下げられる。例えば、回路１１１２は、刺激信号の電圧を例えば６０Ｖから２０Ｖなどの別の電圧値に下げることができる。回路１１１２はまた、刺激信号５１２の電圧を変化させずに保つことができる。図１０で詳細に説明したように、装置５１３’が電流モードにあるときに電圧を変化させることは重要ではない。
ＣＰＵ５３１は、パルス制御信号７５４’を送って、図１０で詳細に説明した信号７５４と同様にスイッチＳＷ１を開位置と閉位置との間で切り替え得、パルス制御信号７５４’はまた、マスタユニットから来るパルスであるので、常時オンになるように切り替えることもできる。このようにして、ＣＰＵ５３１は、スイッチＳＷ１を離れる刺激信号５１２’がより短いパルス長４９８’を有するように、刺激信号５１２のパルス長４９５を短縮することができる。スイッチＳＷ１はまた、スイッチを常時オンになるように活性化することによって、パルス長を同じに、即ち刺激信号５１２のパルス長と同じに保つことができる。出力ユニット５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、５３５ｄは、刺激信号５１２’を受信し、図１６で説明したように、パルス出力許可機能７９４ａ、７９４ｂ、７９４ｃ、及び７９４ｄをそれぞれ活性化することによって、パルス長を同じに保つか、又はＣＰＵから受信されたパルス長を更に短縮することができる。ＣＰＵ５３１は、図１０で説明したように、制御信号７５０’をスイッチＳＷ２に送ることによって、装置５１３’を電流モードと電圧モードとの間で切り替えることができる。ＣＰＵ５３１は、信号７５９’を比較器７５６’に送ることによって電流制限を設定することができ、フィードバック信号７５２’がＣＰＵ５３１に送り返されて、ＣＰＵ５３１に電流レベルに関して知らせる。装置５１３に適用される全ての原理は装置５１３’にも適用され、従ってここでは説明しない。
出力ユニット５３５ａ～ｄは、電極１３４～１４８に電気的に接続される。詳細は図１６に示し、図１６の全ての詳細は図２３にも当てはまるが、明確にするために図２３からいくつかの詳細が省略されている。ユニット５３５ａ～ｄは、フィードバック回路１１１８ａ、１１１８ｂ、１１１８ｃ、及び１１１８ｄに電気的に接続されており、これらのフィードバック回路は、図９で説明したように、ＥＭＧ信号、即ち筋肉からの自然の非常に小さい電圧信号を測定する。好ましくは、各フィードバック回路は、筋肉からの自然電圧信号を測定する増幅器をイン及びアウトに切り替えるためのスイッチ及び増幅器を含む。回路１１１８ａ～ｄは、フィードバック信号１１２０ａ、１１２０ｂ、１１２０ｃ、及び１１２０ｄをＣＰＵ５３１に送り、そのため、ＣＰＵは、刺激信号５１２’の電圧、パルス長、又は電流を変化させるかを決定することができる。
図２４は、サブコントロールユニットが装置５１３’を含むときに使用することができるマスタユニットの簡略化されたスイッチ装置５１３”を示す。言い換えれば、マスタユニットは、刺激パルスを単に送出するように簡略化することができる。スイッチ装置５１３”の主な機能は、パルス電力５１１から刺激信号５１２のパルスを生成することである。例えば、スイッチ装置５１３”は、電流モードと電圧モードとの間で装置を切り替えるための回路Ｕ１又はスイッチＳＷ２を含まない。スイッチ装置５１３”は常に電圧モードにあり、図１０に関連して説明したように、スイッチＳＷ１を開閉することによって刺激パルス５１２を生成する。好ましくは、マスタユニット２６６は依然として、安全上の理由から、脈動する刺激信号５１２をサブコントロールユニットに送出する。各サブコントロールユニットが４０Ｖなどの刺激電圧を生成するであろう場合、何かが故障し得るリスクが増加し、それは使用者にとって非常に不快である。マスタユニットに刺激電圧を生成させることは、そのような電圧がある特定の予め設定された限界を超えないようにする別個のハードウェアを有するので、より安全である。マスタユニットはまた、パルス長が予め設定された限界を超えないことを確実にするようにパルス長を制御するハードウェアを有する。これは、各サブコントロールユニットにおいて高電圧信号を生成することと比較して、より良好な安全性を提供する。
好ましくは、信号５１２の電圧は、各サブコントロールユニットにおける回路１１１２が電圧を所望のレベルまで下げることができるので、筋肉を刺激するのに必要とされる電圧よりも高い。このようにして、第１のサブコントロールユニットにおける第１の電圧レベルと、第１の電圧レベルとは異なる第２のサブコントロールユニットにおける第２の電圧レベルとを使用することが可能である。しかし、マスタユニットは刺激信号における最大パルス長及び最大電圧を設定し、サブコントロールユニットにおけるローカルＣＰＵは、同じ値を維持するか、又は電圧を下げるか、又はパルス長を短縮することしかできない。加えて、サブコントロールユニットのＣＰＵは、電流制限を設定することができ、即ち、マスタユニットからの刺激信号に十分な電圧が存在する限り、所望されるように電流を増加又は減少させることができる。各出力ユニットはそれ自体のパルス出力許可機能を有するので、パルス出力許可機能を各出力ユニット５３５に対して異なる値に設定することができるので、第１の電極対（即ち、電極１３４、１３６）に対して第１のパルス長を使用し、第２の電極対（即ち、電極１３８、１４０）に対して第２の異なるパルス長を使用することが可能である。例えば、刺激パルス５１２のパルス長が２００マイクロ秒である場合、パルス長をまず、スイッチＳＷ１において例えば１８０マイクロ秒に短縮し、次いで出力ユニットのパルス出力許可機能７９４を使用することによって例えば１７５マイクロ秒に更に短縮することができる。刺激信号５１２における各パルスは、全てのサブコントロールユニットに送られ、そのため、パルス１は、サブコントロールユニット１及び３によって使用され、第２のパルスは、サブコントロールユニット２によって使用され、以下同様である。これは、マスタユニットがサブコントロールユニットへのシリアルデータ通信により選択した電極にサブコントロールユニット２がパルス１を送出しないことを意味する。
マスタユニットは、全てのサブコントロールユニットにデータを送り、サブコントロールユニットが別個のアドレスを有するときには各々にデータを送る。サブコントロールユニットは、どの１つ以上の電極が刺激信号をどの順序で受信すべきかに関する情報を受信する。例えば、サブコントロールユニット１及び３は、パルス１を電極に同時に送るように命令され得、サブコントロールユニット２は、電極に送られるべき刺激パルスのそのリストの刺激１に従ってパルス２をその電極に送出し得る。この原理は全てのサブコントロールユニットに適用され、全てのサブコントロールユニットは、マスタユニットが送った刺激のリストに従って、どのパルスを送出すべきかに関する命令を受信する。サブコントロールユニット１が第１の刺激パルス信号としてパルス１及び２を使用し、サブコントロールユニット２がパルス３及び４を使用してパルスを送出し、その一方でサブコントロールユニット３がパルス５及び６を使用してパルスを送出する場合、及び使用中のサブコントロールユニットが３つしか存在しないとき、サブコントロールユニット１によって再び７つのパルスが送出される。各サブコントロールユニットは、複数の電極に接続されているため、マスタユニットから受信された命令に従って刺激パルスを送出する。
全てのサブコントロールユニットがマスタユニットから刺激信号を受信するので、いくつかのサブコントロールユニットが電極に刺激信号を同時に送出することも可能である。パルス１が例えば２００マイクロ秒であり、その一方で第２のパルスが例えば１７５マイクロ秒であり、第３のパルスが例えば１８０マイクロ秒であるように、マスタユニットが刺激信号における各パルスのパルス長を変化させることも可能である。同様に各パルスについて電圧レベルを変化させることも可能である。これは主に、ある特定のノードが装置５１３、パルス出力許可機能７９４、及びパルス長を局所的に制御する能力を欠いているときに使用されるであろう。
筋肉／神経の治療を開始するために、軽度の筋収縮プログラムを含むボディスーツ中のマルチプログラムを利用し、次いで、刺激信号が送られる直前に筋収縮が起こる皮膚上に局所的に適用されるべき保湿及び／又は導電性クリーム／ゲルを使用することも可能である。
刺激信号の適切な周波数範囲は、１Ｈｚ～１２０Ｈｚの範囲中であり得、これは、ほとんどの興奮性及び抑制性の介入の必要性をカバーする。周波数範囲の下端は、試験及び触診又は自動化された強度調整に有用であろう。個々の病変プロファイルにおける異なる要件に適合させるために、異なるチャネルにおいて異なる周波数を使用することが可能であることも本発明の重要な特徴である。
皮膚求心性神経を刺激することも可能であるが、サイズ及び感度範囲は、有髄の速いＩＩ群から無髄の非常に遅いＩＶ群まで非常に広く、伝導速度は約１～７０ｍ／ｓであり、速度は人工刺激に比例して敏感である。
ほとんどの脊髄損傷患者が発汗する能力も失い（病変が自律神経系にも影響を及ぼす）、次いで、電気接触抵抗が送達された水分に適合することができないため、上述したように、ドライ電極を使用するときには、筋収縮を誘発するための強い刺激を制限することができる。従って、本発明が、電圧、電流、及びパルス長、等の制御及び調整を可能にして、刺激信号を皮膚及び患者の状態に調整することが特に重要である。
本発明のボディスーツを使用することによる筋肉及び神経などの体内の多くのロケーションの刺激は、オピオイド受容体の放出を増加させ、そのため、多焦点刺激は、一般に疼痛を低減し、患者がオピオイドピルなどの鎮痛剤を摂取する必要性を低減するための方法であり得ることが認識されている。
図２５は、大きい電極１２０２を有する本発明のボディスーツ１２００の代替の実施形態の概略図である。ボディスーツ１２００は、図４及び１８に示すボディスーツと実質的に同様であり、同様に動作する。図４及び１８に示す実施形態に関連して説明した全ての特徴がボディスーツ１２００にも当てはまるので、ボディスーツ１２００については詳細に説明しない。ボディスーツ１２００と図４及び１８に示す実施形態との間の唯一の違いは、ボディスーツ１２００が、サブコントロールユニット１２０４に接続された非常に大きい電極１２０２を有することである。電極１２０２は、ボディスーツ１２００上の実質的に全ての表面を覆うように大きく作ることができる。また、サブコントロールユニット１２０４の数は、スーツ中のより多くの電極を可能にするためにボディスーツ１００と比較してより多い。ボディスーツの一部分のみを図２５に示し、ボディスーツ１２００は、図４に示すように全身を覆うように作ることができる。
本発明は、図４及び他の図に示すボディスーツに関連して使用されることに限定されないことが理解されるべきである。ボディスーツ１００は単に例示的な例に過ぎない。サブコントロールユニット及び電極は、任意の衣服又は布片に関連して使用することができる。衣服は、電極を含む別個の布片であり得る。電極を適所に保持する衣服又は布なしで、患者の皮膚上に直接電極を配置することさえ可能である。上半身、腕、骨盤、及び脚モジュールに加えて、ボディスーツは、身体の特定のエリアが刺激されるように他の方法で分割することもできる。例えば、治療されるべき患者がボディスーツを使用することを困難にする障害を有するとき、電極を含むより小さい弾性又は非弾性材料片は、材料片が刺激を必要とする患者の身体の部分上に配置されるように使用され得る。別の例は、患者が褥瘡を患っているときであり、電極を含む小さい衣服片又は布片が患者の身体／皮膚上に配置され得、そのため、傷口及びその周囲を刺激することができる。電極を有する小さい弾性布片は、マスタユニットによって制御され、各小片は、サブコントロールユニットによって制御され、サブコントロールユニットは次に、上記で説明したのと同じ方法で電極を制御する。サブコントロールユニットの数は、小片における電極の数によって決定される。患者がボディスーツに入る必要なしに異なる筋肉／神経を刺激するために、患者／人が大きい衣服片上に横たわることができるように、又は衣服上に患者の身体の一部が横たわることができるように、同じ技術で全身サイズの衣服片を使用することも可能である。電極が身体の筋肉上に配置されたときに電極との良好な接触が得られるように、小片は余分な重量を含むように作ることができる。
生理的徴候を読み取るために衣服中の電極を使用することに加えて、加速度、相対位置、角度、及びそれによるボディスーツ１００を着用している人の身体部分の動きを読み取るために、衣服又はボディスーツ１００中にセンサを追加することも可能である。本発明は、ボディスーツ又はそのモジュールの使用に限定されない。ボディスーツは、単に例示的な例として使用されているに過ぎない。電極及び他のセンサはまた、使用者の身体の皮膚に向かって保持されるベルト、バンド、又は他のデバイスに適用され得る。衣服１００を着用している人の身体部位の活動を測定するために、モーションセンサと、角度センサと、温度センサ及び加速度センサと、圧力センサと、ボディスーツ上に配置された電極で心臓からのＥＣＧ信号（心電図－ＥＫＧ又はＥＣＧと略称する）を読み取るためのセンサとが使用され得る。これらの読み取り値に基づいて、筋肉をどのように刺激するか（収縮を促進することによって、又はある特定の筋肉の収縮を引き起こすことによってのうちのいずれか）を決定し、それによって、衣服１００を着用している人の身体又は身体姿勢の呼吸、動き、及び相対位置に影響を及ぼす／改善する又は変更することが可能である。例えば、ボディスーツ１００の様々なモジュールの動き及び位置を測定し、ボディスーツ１００を着用している人の姿勢及び動きが正しいことを確認するためのセンサを含む、衣服若しくはボディスーツ１００、又は図４で説明したような右腕モジュール１０２、上半身モジュール１０４、左腕モジュール１０６、骨盤モジュール１０８、右脚モジュール１１０、及び左脚モジュール１１２などのボディスーツのモジュールを使用することができる。身体姿勢がずれている場合、マスタユニットは、姿勢を改善するために筋肉を刺激又は活性化するために使用することができる。同様に、ボディスーツ又はボディスーツのモジュール（モーション及び位置付けセンサを含む）は、患者が同じ位置に長く座りすぎているか又は立ちすぎているかを測定するために使用することができる。この例では、マスタユニットは、ハムストリング及び臀筋などのある特定の筋肉を刺激して血流を増加させ、褥瘡を防止するための信号を送ることができる。
ボディスーツ１００又はモジュール１０２～１１２はまた、呼吸を測定し、心臓から受信されたＥＣＧ信号を測定し、いびきによって引き起こされる振動を測定するためのセンサを含むことができる。マスタユニットは、次いで、筋肉を刺激して呼吸を容易にするために刺激信号を送るか、又は使用者が呼吸を停止した場合に使用者に警告信号を送ることができる。いびきを低減するために仰向けで眠ることとは対照的に、使用者がうつ伏せ又は横向きで眠ることに影響を及ぼす又は促すために、ボディスーツ又はモジュールの使用者に迷惑を生じさせる信号を送ることも可能である。同じボディスーツ又はモジュールは、性器神経を刺激し、筋肉を活性化して、失禁又は産後尿失禁を改善し、性的オルガスム障害さえ予防又は低減するために使用することできる。衣服１００はまた、リアルタイムの歩行分析を実行し、筋肉の刺激を調整して、ウォーキング、ランニング、及び呼吸を改善し、また、リアルタイムで改善を測定するために使用され得る。足底下の圧力エリアを測定して、より正確な歩行分析を可能にするために、刺激ソックス（センサを含む）が使用され得る。
異なるセンサを使用し、衣服／ボディスーツ１００中に配置されたセンサとして電極を使用することによって、又は全てがセンサを含むジャケット、スリーブ、グローブ、パンツ、下着、脚用衣服部分、ソックス、及びヘッドギアなどのボディスーツの別個のモジュール１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２（図４に図示及び説明）を使用することによって、衣服を着用している使用者の筋肉が刺激されたときに、異なる刺激が衣服１００の着用者の身体にどのように影響を及ぼすかを分析することが可能である。異なるセンサ／電極から受信された測定信号を分析し、どの刺激が実行されているかを知ることによって、マスタユニット２６６は、図４で説明したように、衣服若しくはボディスーツ１００又はボディスーツのモジュールを着用している使用者の身体に刺激が作用しているときに最適な効果が得られるように、刺激を自動的に調整することができる。センサからの測定された入力を使用することによって、より良好な結果のために経時的にセンサ／電極からの信号を読み取ることによって刺激を自動的に調整する、マスタユニット２６６のソフトウェアにおける調節ループを作成することが可能である。
好ましくは、ソフトウェアは、使用者の身体部分の所望の動きを達成するように使用者の身体を補助するために、最適な刺激に向けて自己調整する。ある特定の問題を解決するために異なる刺激を達成するようにマスタユニット中で異なるプログラムを実行することが可能である。所定の刺激を実行し、特定の障害に対する刺激を自動的に調整することも可能である。センサは、衣服又は衣服のモジュールに一体化することができる。衣服の一部ではない別個の刺激ユニットを使用し、刺激を必要とする筋肉上に刺激ユニットを適用することも可能である。
衣服若しくはボディスーツ１００又は衣服のモジュールに一体化されたセンサを使用することによって、衣服１００を着用している人の身体の位置を感知又は決定することが可能である。次いで、身体位置を変更するために、使用者の筋肉への刺激信号を使用することができるか、又は身体位置を変更若しくは矯正する必要性に関して使用者に示すか若しくは警告するために、刺激信号が使用され得る。例えば、身体上の過度の摩耗及び裂傷を引き起こす可能性がある位置を人に変更させることが望ましくあり得る。最適な位置からの身体位置の任意の変化を測定することも可能であり、現在の位置が最適な位置から過度に逸脱しているとき、マスタユニットは、使用者の筋肉に刺激を送って、使用者に位置を最適な位置により近くなるように変更させることができる。
位置を変更する必要性に関して使用者に単に通知することも可能である。これは、身体上の摩耗及び裂傷を防止するために使用することができる。例えば、ベルトコンベアにおける作業者又は長い時間期間にわたって運転する運転者は、矯正されるべき間違った身体位置に立っている又は座っていることがある。作業者／運転者が衣服を着用している場合、作業者／運転者が良好な身体姿勢に戻るように筋肉を刺激することができる。また、衣服１００の使用は、身体の位置の変化又は使用者が眠りに落ちようとしていることを示す他の信号を感知することによって、使用者が眠りに落ちようとしているときを感知することを可能にする。そのため、使用者が眠りに落ちないように使用者の筋肉を刺激することが可能である。
衣服を着用している使用者の身体の動きを測定し、異なるタイプの刺激を使用して使用者の身体部分の動きを制御することによって、動きを改善し、それらをより最適にすることが可能である。刺激は、使用者の筋肉に送られる電気刺激パルスであり得、パルスは、異なる周波数並びに可変振幅、電流、及びパルス長を有する。身体又は身体部分の位置が正しくないことを使用者に知らせるために振動器又は音響信号を使用することも可能である。
脳から送られた電気信号を受信及び測定することも可能であり、センサは、次いで、モーションセンサ、角度センサ、温度センサ、加速度センサ、及び異なる身体部分から感知された心臓からのＥＣＧ信号を使用することによって、身体部分の実際の物理的な動きを感知及び比較し、それらを脳から受信された電気信号と比較することができる。より具体的には、拮抗筋を弛緩させるためのスイートスポット及び主動筋をどのように安全に収縮させるかを決定することが可能である。これは、脳からのＥＥＧ信号と、呼吸を測定し、心臓ＥＣＧ信号を測定することからの信号とを読み取ることを伴うことができる。
脳波記録（ＥＥＧ）は、電極を使用して大脳皮質の自発的電気活動を記録する方法である。言い換えれば、頭部からの信号を感知及び受信する使用者の頭部上のセンサを使用することによって、筋肉が１つ以上の最適な刺激に近づくように弛緩又は刺激されている間の頭部からのＥＥＧ信号の変化を決定することが可能である。ＥＥＧ信号を登録しながら、一度に１つの筋肉又は神経に対する刺激信号の強度をゆっくりと増加させることによって、筋刺激又は弛緩中のＥＥＧ信号の変化を決定することが可能である。ＥＥＧ信号の変化が生じるとき、ＥＥＧ信号を変化させ続けないように、刺激のレベルを停止させるか又は僅かに下げることが望ましくあり得る。ＥＥＧ信号を変化させ始める刺激レベルは、刺激されている筋肉／神経にとって最適な「スイートスポット」刺激強度として扱われ得る。次いで、第１の筋肉の刺激を停止し、第２の筋肉に対するスイートスポットも見つかるまで同じ方法で第２の神経／筋肉を刺激し始めることが可能である。次いで、同じ方法で使用者の選択された筋肉を通って進み且つ刺激し、各筋肉に望まれる刺激強度を決定することが可能である。この情報は、選択された筋肉／神経を刺激するために使用することができる刺激プログラムにおいて使用することができる。
最適な刺激（スイートスポット）は、例えば、最適な筋収縮若しくは筋弛緩を達成することに関連し得るか、又は疼痛緩和若しくは再生／回復として関連し得る。プログラムが各筋肉／神経に対する刺激強度を変化させて、各筋肉／神経に対するスイートスポットを見つけることができるように、同時に筋肉を刺激しながらＥＥＧ信号を測定することによって、患者の選択された筋肉／神経に対する最適な刺激強度を自動的に検索するソフトウェアを作成することも可能である。心臓ＥＣＧからの信号を読み取り、呼吸機能を高めるように刺激するプログラムを作成することも可能である。例えば、ＥＣＧ信号の周波数が、即ち、息を吐く間に心拍数（周波数）がどのように増加し、息を吐く間に心拍数（周波数）がどのように減少するかを測定するために測定され得る。例えば、電気的刺激によって衣服又はボディスーツの使用者に補助を提供して、息を吸う間に刺激することによって呼吸を改善し、息を吐く間に刺激を停止することが可能である。
図２６を参照すると、腕５０９が示されている。図２６は図９と実質的に同様であり、図９に適用される全ての情報は図２６にも適用される。主な違いは、図２６が腕５０９の位置及び動きを測定することに焦点を当てていることである。腕５０９の前腕１３００は、伸長位置１３０２と直立角度位置１３０４との間で動かすことが可能であり、両矢印１３０６によって示されている。使用者は、好ましくは、多くの電極を含む腕モジュール１０２を腕５０９上に着用する。モジュール１０２は、位置と神経／筋肉５０２が動いたかどうかとを感知する上部モーション及び位置センサ１３０８と、位置と筋肉／神経５０８が動いたかどうかとを感知する下部モーション及び位置センサ１３１０とを含む。モジュール１０２はまた、モジュール１０２の肘１３１４に、位置と腕が肘１３１４において屈曲されているか又はされていたかとを感知するセンサ１３１２を含む。例えば、センサは、図９で詳細に説明したように、電極１３４、１３６及び電極１３８、１４０に信号を送ることによって、上腕１３０１上の筋肉／神経５０２、５０８の刺激の結果として、前腕１３００を含む腕５０９がどのように動いたかを感知及び測定することを可能にする。言い換えれば、センサは、筋肉／神経５０２、５０８の刺激の結果として生じる動きを示し、これらの結果を、次いで、電極が刺激されたときに意図された動きと比較することができる。以前に説明したように、筋肉を、弛緩するように刺激することができ、刺激を増加させることによって、筋肉は、腕５０９及び前腕１３００の変化又は動きを引き起こすことができる。マスタユニット２６６は、どの刺激信号が腕５０９及び前腕１３００の意図された動きを達成するために最良に機能するかを比較して実際の動きを分析することによってマスタユニットが学習することができるように、使用することができるアルゴリズムを含み得る。センサ１３０８、１３１０、及び１３１２を使用することによって、例えば、腕の位置又は筋肉における表面の緊張（圧力センサ）又は筋肉が拡張されたか若しくは折り畳まれたかを測定することによって、筋肉の弛緩の量を測定することも可能であり得る。刺激信号の強度、周波数、長さは、図９に関して詳細に説明したように、調節され得る。例えば、第１の刺激後に腕の動きがない場合、腕又は前腕を意図したように動かすために、第２のより強い刺激が使用され得る。腕は、角度付き位置１３０４内で非常に緊張又は固定され得、正しい筋肉（筋肉５０２又は筋肉５０８など）を弛緩させることによって、腕は、前腕１３００が位置１３０２に向かって動くように弛緩する。刺激信号の強度及び他の変数は、結果として生じる腕の筋弛緩又は動きに基づいて調整することができる。上述したように、ＥＥＧ信号の変化を最小限に抑えるために、脳からＥＥＧ信号を受信及び分析し、受信されたＥＥＧ信号に基づいて筋肉の刺激を連続的に調整することも可能であり得る。次いで、この情報をデータベース中に保存して、様々な筋弛緩及び筋肉の動きについての統計データに基づいて標準刺激信号基準を展開することができる。
図２７は、両矢印１３２６によって示すように、人１３２０の上半身１３１９の身体姿勢が直立身体姿勢１３２２から望ましくない前傾身体姿勢１３２４にどのように変化し得るかを例示する。矢印１３２６の長さは、予め記憶された望ましい位置の許容可能な身体姿勢の範囲１３２５を表し得る。上半身１３１９が、ソフトウェアに設定されているように、この範囲１３２５の外側にあるとき、身体姿勢は、上半身１３１９が、マスタユニット又はサブコントロールユニット中のソフトウェアに設定されているように、範囲１３２５の内側になるまで矯正されるべきである。１つの目標は、ボディスーツ１００又は衣服若しくはボディスーツのモジュール（上半身モジュールなど）を着用している人１３２０の筋肉を刺激し、そのため、その人の身体姿勢が（範囲１３２５の僅かに外側にある）姿勢１３２４から最も望ましい姿勢１３２２に向かって範囲１３２５内に移動するようにすることである。例えば、腹部１３２８及び背部１３３０の筋肉が刺激されて、直立位置１３２２に向かう移動が達成され得る。位置及び／又はモーションセンサ１３３２、１３３４は、人の動きを検出及び測定するためにスーツ１００上に配置され得る。不正確な身体姿勢、即ち上半身１３１９が許容範囲１３２５の外側にあることをまず検出し、身体姿勢が矯正されるべきであることを、音又は振動を使用することなどによる電気的刺激なしに単に人１３２０に通知することも可能であり得る。刺激を開始するための下限及び刺激を停止するための上限を使用することも可能である。これらの限度は、マスタユニット又はサブコントロールユニット上のソフトウェアにおいて設定され得る。刺激がボディスーツ又は衣服１００を着用している人を矯正又は補助し始める前に、制限エリアの外側である特定の時間量を可能にする時間をソフトウェアに追加することも可能である。
図２８は、両矢印１３４６によって示すように、人１３４０の身体姿勢が直立座位１３４２から前傾位置１３４４にどのように変化し得るかを例示する。例えば、前傾位置１３４４は、人が車１３４８を運転している間に眠りに落ちようとしていることを示し得る。上記で説明した電子機器及びマスタユニットは、筋肉を刺激して人１３４０を位置１３４４から直立位置１３４２に移動させることができるか、又は振動若しくは音によって人が警告され得るかのうちのいずれかである。人１３４０は、人１３４０の上半身の位置及び動きを測定するために、衣類若しくはボディスーツ１００又はボディスーツモジュールのうちの１つの上に配置されたセンサ１３５０、１３５２を有し得る。センサは、このことから、人が望ましくない位置にいることをまず決定するために使用することができる。センサはまた、筋肉が刺激された後、又は人が正しくない位置について警告された後のフィードバックとして、人の位置を決定するために使用することができる。まず正しくない身体姿勢を検出し、身体姿勢が矯正されるべきであることを、音又は振動を使用することなどによる電気的刺激なしで人１３４０に単に通知することも可能であり得る。
動作中、患者によって着用される衣服又はボディスーツ１００が提供される。衣服１００は、患者の第１の筋肉又は第１の神経５０２に配置された第１の電極１３４及び第２の電極１３６と、第２の筋肉又は第２の神経５０８に配置された第３の電極１３８及び第４の電極１４０とに電気的に接続された第１のサブコントロールユニット１２２（図４を参照）を有する。第１のサブコントロールユニット１２２は、好ましくは、マスタユニット２６６に電気的に接続される。衣服１００は、衣服に取り付けられ、第１のサブコントロールユニット１２２に電気的に接続されたセンサ１３０８、１３１０、１３１２、１３１４を有する。センサは、衣服１００を着用している患者の位置又は動きを測定する。マスタユニット２６６又は第１のサブコントロールユニット１２２は、位置又は動きに関する情報を受信し、位置又は動きを予め記憶された望ましい位置又は動きの許容可能な間隔１３２５と比較する。間隔は、マスタユニット２６６又は第１のサブコントロールユニット１２２中に記憶され得、許容可能範囲内又は許容不可能範囲内である身体位置又は身体姿勢を表し得る。例えば、測定された位置又は動きが間隔外である（又は許容不可能な範囲にある）とき、マスタユニット２６６又は第１のサブコントロールユニット１２２は、図２５で、第１の筋肉５０２の収縮を引き起こす又は容易にするために、刺激信号５１２を第１の筋肉５０２に送る。測定された位置又は動きが間隔内にあるとき、患者又は使用者の身体位置又は身体姿勢が許容可能であり、矯正の必要がないので、マスタユニット又は第１のサブコントロールユニットは刺激信号を送らない。
代替の実施形態では、方法は、第１の筋肉５０２に関連する前腕１３００などの身体部分の加速度を測定するセンサのステップを更に備える。
更に別の実施形態では、方法は、第１の筋肉５０２に関連する上腕１３０１と身体部分（前腕）１３００との間の角度を測定するセンサ１３１４のステップを更に備える。
別の実施形態では、方法は、患者の身体部分を位置から予め記憶された望ましい位置の間隔内になるように移動させるために刺激信号を一組の筋肉に送るマスタユニット２６６のステップを更に備える。
更に別の実施形態では、方法は、患者の身体姿勢を測定するセンサのステップを更に備える。
代替の実施形態では、方法は、第１の筋肉又は第１の神経が刺激信号によって刺激された後の新しい位置を測定するセンサのステップを更に備える。マスタユニット２６６は、次いで、新しい位置に応じて、即ち、第１の刺激信号が位置にどれだけ影響を及ぼしたかに応じて、第２の刺激信号を第１の筋肉又は第１の神経に送り得る。第２の後続する刺激信号は、より高い電圧／電流、より高い周波数、又はより長いパルス長を使用することなどによって、第１の刺激信号よりも強くなり得る。第１の刺激信号から結果として生じる動きに関連するフィードバック信号に基づく、第２の後続する刺激信号の特定の特性は、マスタユニット２６６によって決定される。マスタユニット２６６はまた、刺激信号を追加の電極に送ることによって、他の筋肉を刺激することを決定し得る。
別の実施形態では、方法は、第１の筋肉中の血流の増加を引き起こすために第２の後続の刺激信号を送るマスタユニットのステップを更に備える。
更に別の実施形態では、方法は、患者の呼吸を測定するセンサのステップを更に備え、刺激は、身体が正しく呼吸するのを助ける。
別の実施形態では、方法は、患者の身体部分の動きをリアルタイムで測定及び分析するセンサのステップを更に備える。
好ましい構成及び実施形態に従って本発明を説明してきたが、以下の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、ある特定の置換及び変更が成され得ることが理解されるべきである。
好ましい構成及び実施形態に従って本発明を説明してきたが、以下の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、ある特定の置換及び変更が成され得ることが理解されるべきである。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 患者を治療するための方法であって、
前記患者によって着用される衣服（１００）を提供することと、ここで、前記衣服（１００）は、前記患者の第１の筋肉又は第１の神経（５０２）に配置された第１の電極（１３４）及び第２の電極（１３６）と、第２の筋肉又は第２の神経（５０８）に配置された第３の電極（１３８）及び第４の電極（１４０）とに電気的に接続された第１のサブコントロールユニット（１２２）又はマスタユニット（２６６）を有し、前記衣服（１００）は、前記衣服（１００）に取り付けられ、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）又はマスタユニット（２６６）に電気的に接続されたセンサ（１３０８，１３１０，１３１２）を有し、
前記センサ（１３０８，１３１０，１３１２）が、前記衣服（１００）を着用している前記患者の位置、電気信号、又は動きを測定することと、
前記第１のサブコントロールユニット（１２２）又は前記マスタユニット（２６６）が、前記位置又は動きに関する情報を受信し、前記位置、電気信号、又は動きを予め記憶された望ましい位置、電気信号レベル、又は動きの間隔と比較することと、
前記位置、電気信号、又は動きが前記間隔（１３０６）外であるとき、前記マスタユニット（２６６）が、前記第１の筋肉（５０２）の収縮を引き起こす又は収縮を容易にするために、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）を通して刺激信号（５１２）を前記第１の筋肉（５０２）に送ることと、
前記位置、電気信号、又は動きが前記間隔内であるとき、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）が、刺激信号を送らないことと、を備える方法。
［２］ 前記方法は、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）を前記マスタユニット（２６６）に電気的に接続するステップを更に備える、［１］に記載の方法。
［３］ 前記方法は、前記センサが前記第１の筋肉（５０２）に関連する身体部分（１３００）の加速度を測定するステップを更に備える、［１］に記載の方法。
［４］ 前記方法は、前記センサが前記第１の筋肉（５０２）に関連する身体部分（１３００）の角度を測定するステップを更に備える、［１］に記載の方法。
［５］ 前記方法は、前記マスタユニット（２６６）が前記患者の身体部分（１３００）を前記位置から予め記憶された望ましい位置の前記間隔内になるように移動させるために刺激信号を一組の筋肉に送るステップを更に備える、［２］に記載の方法。
［６］ 前記方法は、前記センサが前記患者の身体姿勢を測定するステップを更に備える、［１］に記載の方法。
［７］ 前記方法は、前記センサが前記第１の筋肉又は第１の神経（５０２）が前記刺激信号（５１２）によって刺激された後の新しい位置を測定するステップを更に備える、［１］に記載の方法。
［８］ 前記方法は、前記マスタユニット（２６６）が前記第１の筋肉（５０２）中の血流の増加を引き起こすために後続の刺激信号を送るステップを更に備える、［２］に記載の方法。
［９］ 前記方法は、前記センサが前記患者の呼吸を測定するステップを更に備える、［１］に記載の方法。
［１０］ 前記方法は、センサが前記患者の身体部分（１３００）の動きをリアルタイムで測定及び分析するステップを更に備える、［１］に記載の方法。

Claims (10)

  1. 患者を治療するための方法であって、
    前記患者によって着用される衣服（１００）を提供することと、ここで、前記衣服（１００）は、前記患者の第１の筋肉又は第１の神経（５０２）に配置された第１の電極（１３４）及び第２の電極（１３６）と、第２の筋肉又は第２の神経（５０８）に配置された第３の電極（１３８）及び第４の電極（１４０）とに電気的に接続された第１のサブコントロールユニット（１２２）又はマスタユニット（２６６）を有し、前記衣服（１００）は、前記衣服（１００）に取り付けられ、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）又はマスタユニット（２６６）に電気的に接続されたセンサ（１３０８，１３１０，１３１２）を有し、
    前記センサ（１３０８，１３１０，１３１２）が、前記衣服（１００）を着用している前記患者の位置、電気信号、又は動きを測定することと、
    前記第１のサブコントロールユニット（１２２）又は前記マスタユニット（２６６）が、前記位置又は動きに関する情報を受信し、前記位置、電気信号、又は動きを予め記憶された望ましい位置、電気信号レベル、又は動きの間隔と比較することと、
    前記位置、電気信号、又は動きが前記間隔（１３０６）外であるとき、前記マスタユニット（２６６）が、前記第１の筋肉（５０２）の収縮を引き起こす又は収縮を容易にするために、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）を通して刺激信号（５１２）を前記第１の筋肉（５０２）に送ることと、
    前記位置、電気信号、又は動きが前記間隔内であるとき、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）が、刺激信号を送らないことと、を備える方法。
  2. 前記方法は、前記第１のサブコントロールユニット（１２２）を前記マスタユニット（２６６）に電気的に接続するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
  3. 前記方法は、前記センサが前記第１の筋肉（５０２）に関連する身体部分（１３００）の加速度を測定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
  4. 前記方法は、前記センサが前記第１の筋肉（５０２）に関連する身体部分（１３００）の角度を測定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
  5. 前記方法は、前記マスタユニット（２６６）が前記患者の身体部分（１３００）を前記位置から予め記憶された望ましい位置の前記間隔内になるように移動させるために刺激信号を一組の筋肉に送るステップを更に備える、請求項２に記載の方法。
  6. 前記方法は、前記センサが前記患者の身体姿勢を測定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
  7. 前記方法は、前記センサが前記第１の筋肉又は第１の神経（５０２）が前記刺激信号（５１２）によって刺激された後の新しい位置を測定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
  8. 前記方法は、前記マスタユニット（２６６）が前記第１の筋肉（５０２）中の血流の増加を引き起こすために後続の刺激信号を送るステップを更に備える、請求項２に記載の方法。
  9. 前記方法は、前記センサが前記患者の呼吸を測定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
  10. 前記方法は、センサが前記患者の身体部分（１３００）の動きをリアルタイムで測定及び分析するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
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