JP2023500737A - vibration device - Google Patents
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Abstract
治療用振動を身体に送達するためのデバイスが記載される。そのデバイスは塊の振動が2つのモータおよびハウジングをうなり周波数で振動させるように、それらの駆動軸に結合された不平衡な塊を有するハウジング内に少なくとも2つのモータを含むことができる。そのモータおよびハウジングは、モータおよびハウジングを身体内の共振構造にまたはその近傍に配置するプラットフォームを介して身体に結合され、プラットフォームと身体との間に連成振動を発生させることができる。フィードバックループ、外部刺激、診断ルーチンおよび人工知能技術をシステムに適用して、ユーザの体験を向上させることができる。【選択図】図1aA device for delivering therapeutic vibrations to the body is described. The device can include at least two motors in a housing with unbalanced masses coupled to their drive shafts such that vibrations of the mass vibrate the two motors and the housing at the beat frequency. The motor and housing can be coupled to the body via a platform that positions the motor and housing at or near a resonant structure within the body to generate coupled vibration between the platform and the body. Feedback loops, external stimuli, diagnostic routines and artificial intelligence techniques can be applied to the system to enhance the user's experience. [Selection drawing] Fig. 1a
Description
関連出願の相互参照
これは、2019年12月3日に出願された米国仮出願第62943188号の優先権を主張するPCT出願である。
連邦支援研究に関する表明
該当事項はない。
マイクロフィッシュ付録に関する注記
該当事項はない。
本発明は、治療的振動および/または圧迫(又は、圧縮/compression)に適用するためのシステムに関する。CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This is a PCT application claiming priority to US Provisional Application No. 6,294,188, filed December 3, 2019.
STATEMENTS REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH Not applicable.
Notes on microfiche appendix Not applicable.
The present invention relates to a system for applying therapeutic vibration and/or compression.
筋肉や四肢(又は、手足/limb)のマッサージは、知覚的に快い治療効果をもたらすことができると長い間認識されてきた。これらの作用には、血行又はリンパ循環の改善、血流の改善、血圧低下、又は単なる全身的な健康(well-being)感さえ含まれ得る。マッサージは一般に、例えば、何時間も座っていた疲れた旅行者を支援するために空港で見られるように、専門的な(又は、職業/professional)マッサージ師によって、又は機械化された椅子によって行われる。 It has long been recognized that muscle and limb (or limb/limb) massage can provide perceptually pleasing therapeutic effects. These effects may include improved blood or lymphatic circulation, improved blood flow, reduced blood pressure, or even just a general feeling of well-being. Massage is commonly performed by a professional masseuse or by a mechanized chair, for example, as found at airports to assist tired travelers who have been sitting for hours. .
マッサージまたは圧迫療法の医学的治療効果はあまり知られていない。何らかの医学的障害を有する患者の状態または転帰(outcome)を改善するためのマッサージの適用を指向するいくつかの特許が認められている。多くの医学的障害は、1つの症状として、体液の不十分な循環を有する。例示的なこのような障害には、例えば、慢性閉塞性肺疾患、糖尿病および心疾患が含まれ得る。振動マッサージおよび/または圧迫マッサージには、虚血患者の血流、及びリンパ浮腫に罹患した人のリンパ流を改善する可能性があることが報告されている。 The medical therapeutic effects of massage or compression therapy are largely unknown. Several patents have been granted that direct the application of massage to improve the condition or outcome of patients with some medical disorder. Many medical disorders have as one symptom inadequate circulation of bodily fluids. Exemplary such disorders can include, for example, chronic obstructive pulmonary disease, diabetes and heart disease. It has been reported that vibratory and/or pressure massage may improve blood flow in patients with ischemia and lymphatic flow in those with lymphedema.
慢性閉塞性肺疾患(COPD)は、時間とともに呼吸する能力を制限する。COPDは、肺の粘液が気道を詰まらせ、細菌を捕らえ、感染症、炎症、呼吸不全、その他の合併症を引き起こすのが特徴である。マッサージ療法には粘液をゆるめ、正常な呼吸(breathing)を可能にするのに役立つ可能性があるという仮説が立てられている。 Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) limits the ability to breathe over time. COPD is characterized by mucus in the lungs that clogs the airways and traps bacteria, causing infection, inflammation, respiratory failure, and other complications. It is hypothesized that massage therapy may help loosen mucus and allow normal breathing.
この目的のために、Shockleyらの米国特許第9,895,287号には、気道内の分泌物を動かすために患者の少なくとも1つの治療領域に振動力を加える複数のエンジンを有する胴体に装着されるハーネスが記載されている。このデバイスでは、振動力(モータの振幅および/または周波数)はユーザまたは介護提供者によって調整することができる。Shockleyらの米国特許第9,956,134号および米国特許第9,907,725号にも、この装置の他の特徴が記載されている。全ては、複数の単純な回転モータを備えたこのベスト状のハーネスを使用して、例えば慢性閉塞性肺疾患(COPD)に苦しむ患者における分泌物の移動(mobilization)を補助することに向けられている。 To this end, Shockley et al., U.S. Pat. No. 9,895,287, discloses a torso-mounted engine having a plurality of engines that apply vibratory forces to at least one treatment area of a patient to move secretions within the airway. The harness to be used is described. In this device, the vibration force (motor amplitude and/or frequency) can be adjusted by the user or caregiver. US Pat. Nos. 9,956,134 and 9,907,725 to Shockley et al. also describe other features of this device. All are directed to using this vest-like harness with multiple simple rotating motors to assist in the mobilization of secretions, for example in patients suffering from chronic obstructive pulmonary disease (COPD). there is
しかし、これらの疾患の治療におけるマッサージ療法の有効性は十分に研究されていない。本開示は、COPDに罹患している人における粘液の蓄積からの軽減を含む、広範囲の結果を達成するための、治療的振動および/または圧迫の反復適用のための新規なデバイスを記載する。 However, the effectiveness of massage therapy in treating these diseases has not been well studied. The present disclosure describes novel devices for repeated application of therapeutic vibration and/or compression to achieve a wide range of results, including relief from mucus build-up in persons with COPD.
本明細書では、比較的剛性があるエンクロージャ(enclosure)に結合された1つまたは複数のモータを使用する触覚刺激システムの実施形態が開示される。モータは、塊(又は、質量/mass)の回転慣性(inertia)の中心にない点を中心として駆動軸(又は、車軸/axle)上で回転する塊を備えることができる。したがって、その塊は、回転の不均衡のため、モータに振動または揺れを与える可能性がある。この組立体(又は、アセンブリ/assembly)は、本明細書では偏心回転塊(ERM)を有するモータと呼ぶことができる。 Disclosed herein are embodiments of haptic stimulation systems that use one or more motors coupled to a relatively rigid enclosure. A motor may comprise a mass that rotates on a drive shaft (or axle) about a point that is not at the center of rotational inertia of the mass (or mass). Therefore, the mass can cause the motor to vibrate or wobble due to rotational imbalance. This assembly may be referred to herein as a motor with eccentric rotating mass (ERM).
したがって、本明細書では、いくつかの新規な属性を有する振動および/または圧迫デバイスのいくつかの実施形態が開示される。一実施形態ではモータが衣類またベストに取り付けられ、モータは駆動軸上に偏心して取り付けられた塊を有する回転駆動軸を有する。非対称に回転する塊は、患者の胴体に治療的振動および/または圧迫を加えることができる振動を生成する。 Accordingly, several embodiments of vibration and/or compression devices are disclosed herein that have several novel attributes. In one embodiment, a motor is attached to the garment or vest and has a rotatable drive shaft with a mass eccentrically mounted on the drive shaft. The asymmetrically rotating mass produces vibrations that can apply therapeutic vibrations and/or compressions to the patient's torso.
別の実施形態では、回転(する)塊が2つまたはそれ以上の回転塊を含むことができる。これらの回転塊は異なる周波数で回転することがあり、その結果、うなり周波数(又は、ビート周波数/beat frequency)が構造内で発生し、身体に伝達される。これらのうなり周波数は、低くてもよく、呼吸および心拍のような自然に生じる身体リズムと一致してもよい。いくつかの実施形態では、ERMを有する1つまたは複数のモータが1つまたは複数のモータの身体への結合を強化するエラストマー材料内に保持されてもよい。 In another embodiment, the rotating mass can include two or more rotating masses. These rotating masses may rotate at different frequencies such that beat frequencies are generated within the structure and transmitted to the body. These beat frequencies may be low and consistent with naturally occurring body rhythms such as breathing and heartbeat. In some embodiments, one or more motors with ERMs may be held within an elastomeric material that enhances coupling of the one or more motors to the body.
いくつかの実施形態では、振動および/または圧迫デバイスが振動モードを変更するために、測定されたパラメータからのフィードバックを使用するアーキテクチャにおいて使用されてもよい。別の実施形態は、人工知能を有する学習アルゴリズムを使用して、振動モードを指示する。これらの実施形態の両方は、記載されたシステムが個体(又は、個人/individual)に適応する能力を増強する。他の実施形態では、アーキテクチャが様々な刺激感覚を、複数の振動および/または圧迫デバイスを介して送達される触覚感覚として符号化する。他の実施形態では、アーキテクチャが複数の振動および/または圧迫デバイスを介して送達される触覚感覚として、視覚および音などの環境刺激を符号化する。 In some embodiments, vibration and/or compression devices may be used in architectures that use feedback from measured parameters to change vibration modes. Another embodiment uses a learning algorithm with artificial intelligence to dictate the vibration mode. Both of these embodiments enhance the ability of the described system to adapt to the individual. In other embodiments, the architecture encodes various stimulus sensations as tactile sensations delivered via multiple vibration and/or compression devices. In other embodiments, the architecture encodes environmental stimuli such as visual and sound as tactile sensations delivered via multiple vibration and/or compression devices.
別の実施形態では、振動および/または圧迫デバイスがユーザの身体、快適性または機能のいくつかの属性を測定するセンサーと併せて使用されてもよい。次いで、振動および/または圧迫デバイスは、ユーザ内で所定の状態を達成するように調整されてもよい。この状態は、安静、より低い心拍数、より低い血圧などであり得る。 In another embodiment, vibration and/or compression devices may be used in conjunction with sensors that measure some attribute of the user's body, comfort or function. The vibration and/or compression device may then be adjusted to achieve predetermined conditions within the user. This condition can be rest, lower heart rate, lower blood pressure, and the like.
いくつかの実施形態では、加速度計を使用して、振動および/または圧迫デバイスまたはウォブリングモータ(wobbling motor)によって付与される運動を正確に特徴付けることができる。他の実施形態では、運動がモータまたはデバイス自体の性能測定基準を監視する(又は、モニターする)ことによって特徴付けることができる。 In some embodiments, accelerometers can be used to accurately characterize motion imparted by vibration and/or compression devices or wobbling motors. In other embodiments, motion can be characterized by monitoring (or monitoring) performance metrics of the motor or the device itself.
別の実施形態では、刺激がユーザに適用され、刺激はまた、その刺激の何らかの属性を特徴付けるために分析される。例えば、聴覚刺激が印加された場合、信号は、スペクトルアナライザによっても解析され、それによって、ある聴覚帯域におけるオーディオパワーが測定される。次いで、振動および/または圧迫デバイスは、オーディオ信号のスペクトルコンテンツに基づくアルゴリズムによって駆動されてもよい。視覚刺激は、類似の方法で処理することができる。 In another embodiment, a stimulus is applied to the user and the stimulus is also analyzed to characterize some attribute of the stimulus. For example, if an auditory stimulus is applied, the signal is also analyzed by a spectrum analyzer, which measures the audio power in certain auditory bands. A vibration and/or compression device may then be driven by an algorithm based on the spectral content of the audio signal. Visual stimuli can be processed in a similar manner.
フィードバック技術は測定を所定のレベルまで駆動するために、センサー及びコントローラに適用されてもよい。例示的な測定は呼吸、心拍、脳波、血圧、皮膚の汗、血流、筋肉の緊張、瞬き、瞳孔直径を含む。より多くの可能な測定及び調整が想定され、そのうちのいくつかは、以下で説明される例示的な実施形態で説明される。 Feedback techniques may be applied to sensors and controllers to drive measurements to predetermined levels. Exemplary measurements include respiration, heart rate, brain waves, blood pressure, skin perspiration, blood flow, muscle tension, blinks, and pupil diameter. Many more possible measurements and adjustments are envisioned, some of which are described in the exemplary embodiments described below.
様々な例示的な詳細が、以下の図面を参照して説明される。 Various exemplary details are described with reference to the following drawings.
本発明の目的は、複数の振動又は圧迫パルスを発生するデバイス(又は、装置)を用いて、ユーザの機械受容器を刺激することである。デバイスは、何らかの刺激特性、または何らかの所望の治療目標に基づく機能によって、または触覚感覚(tactile sensations)を有する情報を送信するために駆動されてもよい。このように、機能は任意に複雑であってもよく、機能の詳細を決定する際に含まれる考慮事項は、以下でより完全に説明される。 It is an object of the present invention to stimulate a user's mechanoreceptors with a device that generates multiple vibration or compression pulses. The device may be driven by some stimulus characteristic, or function based on some desired therapeutic goal, or to transmit information with tactile sensations. As such, the functionality may be arbitrarily complex, and the considerations involved in determining the details of the functionality are more fully described below.
ここで用いる「アクチュエータ」という用語は、「モータ」、「振動デバイス」、「振動発生デバイス」および「圧迫デバイス」と同義に用いられ、ERMを備えたモータを指す。「圧迫デバイス」という用語は、以下で運動が厳密に振動的ではなく、または正弦波状ではなく、または規則的に繰り返されない可能性があることを強調するために使用される。実際、波形は非常に複雑であり得る。振動発生デバイスまたは圧迫デバイスは「機能」(function)または「波形」によって駆動されてもよく、これらの用語は、その挙動を制御するためにモータコントローラによってモータに送られる信号を参照するために交換可能に使用される。機能または波形は、規則的、反復的、および/または振動的であってもなくてもよい。また、「コントローラ」という用語は一般に、そのソフトウェアで指定された一連のコマンドを実行することができるマイクロプロセッサ集積回路を通常備えるデータ処理ユニットを指すために使用される。したがって、「コントローラ」は、「コンピュータ」、「ASIC」または「マイクロプロセッサ」と同義であってもよい。コントローラは異なる機能を実行する単一のユニットまたは複数のユニットであってもよいが、これらは一緒になって、1つまたは複数のモータもしくはモータのシステムなどのデバイスを制御する役割を果たす。 As used herein, the term "actuator" is used interchangeably with "motor", "vibration device", "vibration generating device" and "compression device" and refers to a motor with an ERM. The term "compression device" is used below to emphasize that the motion may not be strictly oscillatory or sinusoidal or regularly repeating. In fact, waveforms can be very complex. A vibration generating device or compression device may be driven by a "function" or a "waveform", and these terms are interchangeable to refer to signals sent by the motor controller to the motor to control its behavior. used where possible. A function or waveform may or may not be regular, repetitive, and/or oscillatory. Also, the term "controller" is used generically to refer to a data processing unit that typically comprises a microprocessor integrated circuit capable of executing a series of commands specified by its software. Thus, a "controller" may be synonymous with a "computer," "ASIC," or "microprocessor." A controller may be a single unit or multiple units that perform different functions, but together serve to control a device such as one or more motors or systems of motors.
多くの実施形態において、このアクチュエータまたは振動デバイスは、モータの駆動軸に取り付けられた塊を有するモータである。塊の取り付けは、回転オフセットの慣性がモータに揺れ(wobble)または振動を引き起こすように、中心から外れていてもよい。この偏心回転塊ERMは、楕円形または円形を含むがこれらに限定されない任意の形状を有することができることを理解されたい。決定的な(defining)特徴は、回転している(spinning)塊の慣性が回転対称ではなく、従ってバランスが取れていないことである。いくつかの実施態様では、偏心塊は単純な円形であってもよいが、対称中心ではない点に取り付けられる。他の実施形態では、塊が楕円形または多角形、あるいは実際に任意の形状であってもよい。 In many embodiments, this actuator or vibration device is a motor having a mass attached to the drive shaft of the motor. The mass mounting may be off-center so that the inertia of the rotational offset causes the motor to wobble or vibrate. It should be appreciated that this eccentric rotating mass ERM can have any shape, including but not limited to elliptical or circular. The defining feature is that the inertia of the spinning mass is not rotationally symmetric and therefore unbalanced. In some embodiments, the eccentric mass may be a simple circle, but attached at a point that is not the center of symmetry. In other embodiments, the mass may be oval or polygonal, or virtually any shape.
本開示は、以下のように編成される。まず、ERMを使用する新規な振動および/または圧迫デバイスの詳細は、多数の設計代替案と同様に記載される。次に、いくつかの送達(delivery)プラットフォームの選択肢、すなわち、振動および/または圧迫デバイスがユーザに対してどのように配備される(又は、配置される、展開される、活用される/deployed)かについて説明する。次に、いくつかのシステムアーキテクチャ、すなわち、治療目標を達成するために送達プラットフォームがどのように使用されるかについて説明する。次に、これらのアーキテクチャに関連する方法について説明する。最後に、いくつかの用途(又は、応用/application)が記載され、エラストマー結合材料が記載される。 This disclosure is organized as follows. First, details of novel vibration and/or compression devices using ERMs are described, as well as a number of design alternatives. Next, several delivery platform options, i.e. how the vibration and/or compression device is deployed (or placed, deployed, leveraged) to the user. explain whether Next, some system architectures, ie how the delivery platform is used to achieve therapeutic goals, are described. Methods associated with these architectures are now described. Finally, some applications are described and elastomeric bonding materials are described.
好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示として示す添付の図面を参照する。他の実施形態が利用されてもよく、構造的変化は、本発明の範囲から逸脱することなく成され得ることを理解されたい。
振動および/または圧迫デバイスの実施形態
In the following description of the preferred embodiments, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof and which show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural changes may be made without departing from the scope of the present invention.
Embodiments of vibration and/or compression devices
図1は、偏心回転塊(ERM)を使用する治療用振動および/または圧迫デバイス100の第1の例示的な実施形態を示す。図1に示すように、モータ30は、モータ30によって回転される駆動軸31を有する。駆動軸31に取り付けられているのは、偏心した非円形の塊20である。図1に示すように、塊20は回転が非対称となるような方法で、駆動軸31に取り付けることができる。言い換えれば、駆動軸31は、塊20の対称中心に位置していない。その結果、非対称回転塊20の力によって、モータ30が揺動することがある。 FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a therapeutic vibration and/or
いくつかの実施形態では、塊20は楕円形であってもよいが、これは必須ではない。唯一の要件は、回転慣性が回転対称でなくてもよいことである。言い換えれば、回転非対称塊(rotationally asymmetric mass)は、モータ組立体をある周波数で振動させる可能性がある。その振動の周波数は以下に説明するように、実施形態に依存し得る。 In some embodiments,
モータ30は、典型的には通常の固定子および巻線を有する通常のDCモータまたはブラシレスDCモータである。
モータ30はバッキング、シャーシまたハウジング10に取り付けることができ、このバッキングは、送達プラットフォームに取り付けることができる。バッキング、シャーシまたハウジングはプラスチック、合板また金属など、機械的に耐えることができ(又は、能力があり/capable)、比較的剛性のある(rigid)材料の一部であってもよい。材料は、モータの重量及び振動に関連する力を支持することができることが好ましい。また、材料は振動をユーザに効果的に伝達するために、適切に剛性がありかつ弾性があることが好ましい。 The
取り付け方法は、縫製、ステープル留め、接着、糊付け、ベルクロ(登録商標)、ジップタイイング(又は、結束/zip tying)、または振動および/または圧迫デバイス100をバッキングまたはシャーシ10に取り付ける任意の他の便利な方法であってもよい。あるいは、取り付け方法がスナップ、バックル、ベルトであってもよい。取り付け機構は好ましくは振動がバッキングまたシャーシ10に効果的に結合されるように、比較的剛性があるべきである。振動デバイスは必要に応じて再配置(又は、位置変更/relocate)することができるように、取り外し可能であってもよい。振動デバイスがポケットを有する衣服内にある場合、ユーザは、デバイスをポケットなどの別の位置に移動させることができる。取り付け機構は符号50として概略的に示されており、上述の取り付け機構のいずれかまたは振動モータがバッキング、シャーシ、はまたはハウジング10にしっかりとそして比較的堅く(rigidly)取り付けられる他の何らかの手段を指すものと理解されるべきである。一実施形態では、取り付け機構が「結束バンド」(又は、ジップタイ/zip tie)としても知られる周知の安価なケーブルタイダウン(cable tie downs)であってもよい。 Attachment methods may include sewing, stapling, gluing, gluing, Velcro, zip tying, or any other convenient way to attach vibration and/or
一実施形態では、2段階の取り付けプロセスがあってもよい。塊を、例えば、止めねじ、スエージング又は糊付けによって取り付けた後、モータをハウジングによって取り付けまたは捕捉する(captured)ことができる。これは、偏心回転塊を保護するために行うことができる。 In one embodiment, there may be a two step attachment process. After the mass has been attached, for example by setscrews, swaging or gluing, the motor can be attached or captured by the housing. This can be done to protect the eccentric rotating mass.
次いで、モータおよびハウジングをプラットフォーム、すなわち、例えば衣類、椅子、クッションに取り付けることができる。ある場合には、モータが同じハウジング内にあり、この方法で結合される。他の場合には、モータがそれ自体の個別のケース内にあり、次いで、別の基板を介して結合される。いくつかの実施形態では、モータ/ケーシングが次いで、ユーザの身体を通して結合されてもよい。 The motor and housing can then be attached to a platform, ie clothing, chair, cushion for example. In some cases the motors are in the same housing and are coupled in this manner. In other cases, the motor is in its own separate case and then coupled through another board. In some embodiments, the motor/casing may then be coupled through the user's body.
何らかの変形可能な機構を使用して、身体に対して圧力をかけて振動および/また圧迫デバイスを保持することが役立つ場合がある。例えば、振動および/または圧迫デバイスは、身体に対してデバイスを保持する張力部材を有する可能性がある。それによって、取り付け機構は干渉を最小限に抑え、刺激または摩耗を回避するように、振動または圧迫を身体に伝達することができる。他の種類の取付け及び変形可能な機構も考えられるが、ここに列挙するには選択肢が多すぎる。特に効果的な変形可能な機構は、図8a~8eに関して以下に説明するエラストマー材料である。 It may be helpful to use some deformable mechanism to apply pressure against the body to hold the vibration and/or compression device. For example, vibration and/or compression devices may have tension members that hold the device against the body. The attachment mechanism can thereby transmit vibration or pressure to the body in a manner that minimizes interference and avoids irritation or abrasion. Other types of attachment and deformable mechanisms are also possible, but the options are too numerous to list here. A particularly effective deformable mechanism is the elastomeric material described below with respect to Figures 8a-8e.
送達プラットフォームは例えば、椅子、マットレス、クッション、またはデバイス10を身体に近接配置させる他の何らかの送達プラットフォームであってもよい。 The delivery platform may be, for example, a chair, mattress, cushion, or some other delivery platform that places the
バッキング、シャーシまたはハウジング10は、送達プラットフォーム、シャーシまたはハウジング10に付与された動きを感知することができるセンシングデバイス11を支持することもできる。センサーは例えば、加速度計であってもよい。この加速度計は、モータ30によって駆動軸31上でスピンする(又は、回転する)回転塊20によって生じる振動の振幅を測定するために使用することができる。感知された加速度は、正確な運動制御が必要とされる場合にはモータコントローラ40にフィードバック信号を提供することができる。 The backing, chassis or
モータ30は例えば、電流又は電圧をモータ30の巻線に送ることができるコントローラ40によって駆動されるDCモータとすることができる。これらの詳細は、以下でより完全に論じられる。駆動電圧又は駆動電流は一定の値を有することができ、その結果、モータ30及び塊20の比較的一定の回転速度が得られる。しかしながら、より複雑な波形も考えられ、いくつかが図2bに描かれている。
図1bは、ユーザの身体19および静止表面15に対して配置され、振動発生モータ30の周囲にエラストマー材料60~64が配置された振動発生デバイスを示す。エラストマー材料、その構造及び機能については、機械的結合および図8に関して以下でより完全に説明する。 FIG. 1b shows a vibration generating device positioned against a user's
図2aは、図1aに描かれたモータ30に類似した第1のモータ30を示す。しかし、この実施形態では、第1のモータ30に類似し、第1のモータ30に隣接して配置された第2のモータ32があってもよい。モータ32はまた、モータ32の駆動軸33に斜めに取り付けられた偏心回転塊22を有していてもよい。従って、モータ30およびモータ32の両方はモータ30およびモータ32の両方が共に揺動するように、不平衡な(又は、不均衡な/バランスを崩した/unbalanced)力で回転する斜めに取り付けられた塊20および22を有する。 FIG. 2a shows a
図2cは、図1に示したデバイスの加速度を示すグラフである。すなわち、図2cは回転塊20の加速度(または同様に、モータおよびケーシングの組立体全体の加速度)を示す。塊20がモータ30によって駆動される駆動軸31上を回転するため、加速度の大きさが時間の関数として(任意の単位で)示される。加速度ピーク間の間隔は、モータの回転周期に対応する。この加速度は、偏心して取り付けられた塊の結果として、モータの振動、すなわち揺れに関連することがある。 FIG. 2c is a graph showing the acceleration of the device shown in FIG. That is, FIG. 2c shows the acceleration of the rotating mass 20 (or similarly the acceleration of the entire motor and casing assembly). As
コントローラ40および42は、それぞれモータ30および32を制御することができる。特に、コントローラ40は第1の周波数f1でモータ30を駆動することができ、コントローラ42は、モータ32及び第2の周波数f2を駆動することができる。その結果、バッキング、シャーシまたはハウジング10はモード間の干渉のために、2つの周波数f1とf2との間の異なる周波数で振動することがある。この干渉は制御理論および信号処理においてよく知られているように、高調波、又はそれらの相互作用から生じるうなり周波数を引き起こし得る。従って、これらの振動塊、バッキング、シャーシまたはハウジング10の間の相互作用は、うなり周波数、すなわちモータ30の周波数f1からモータ32の周波数f2を引いた周波数fbeat=f1-f2での振動を有し得る。したがって、バッキング、シャーシまたはハウジング10は、印加されたモータ30の第1の周波数、またはモータ32に印加された第2の周波数のいずれかよりもはるかに低い周波数で振動することができる。
偏心回転塊を有するが、異なる周波数で回転し、バッキング10を介して結合される2つのモータのこの組立体は振動および/または圧迫デバイスの第2の実施形態100’を含んでもよい。この実施形態は図2aにおいて100’と表記されており、従って、振動および/または圧迫は、個々のモータ30および32の各々が単独で振動するよりもはるかに低い速度および高い振幅で印加されることができる。 This assembly of two motors having an eccentric rotating mass but rotating at different frequencies and coupled via the
図2bは振動/圧迫デバイス100’内の結合された偏心回転塊ERMモータ30および32の運動の振幅を示すプロットであり、一方のモータがある周波数によって駆動され、他方のモータが別の周波数によって駆動される場合を示す。図2bに示すデータでは、2つの周波数の差は約1Hzである。その結果、うなり周波数は図2bのチャートaに示すように、約1Hzで生じる。この特定の実施形態の重要な利点の中には、大型、低周波数、高価な大型モータを使用せずに低周波数を達成できることがある。異なる周波数の2つのモータによって作り出されるうなり周波数を使用することによって、以下にさらに完全に説明するように、振動および/または圧迫を便宜的に生成することができる。 Figure 2b is a plot showing the amplitude of motion of the combined eccentric rotary
1つの特に興味深い実施形態は、モータ30に印加される第1の周波数f1が一定に保持される一方で、モータ32に印加される第2の周波数f2が例えば鋸歯状関数を使用して周波数範囲を通して掃引される場合であり得る。この場合、うなり周波数も、f1とf2との間の差である範囲にわたって掃引される。このアーキテクチャを使用して、うなり周波数を、心拍数または呼吸などの自然に生じる生理学的リズムと重なり合う(又は、オーバーラップする)か、またはほぼ重なり合うように便利かつ容易に設計することができる。このようなアプローチを用いると、自律神経系は、モータのうなり周波数とより類似するように生理的リズムを変化させることによって応答する可能性があると思われる。したがって、ユーザの安静時心拍数に近いが、それよりもわずかに低いうなり周波数を適用することは結果として安静時心拍数を低下させることを促進することができる。以下のセクションで説明されるいくつかの用途は、そのような概念を利用する。One particularly interesting embodiment is that the first frequency f1 applied to the
図2aにおいて、塊20および22は反対方向に、またはそれらの間の位相差または周波数差を伴って回転してもよく、またはそれらは同期して回転してもよい。これらの選択、つまり、周期的または逆(又は、カウンター/counter)周期的なのかの選択、偏心塊20および22の間の位相関係、振幅および周波数は、全て、振動および/または圧迫デバイス100’の挙動に影響を及ぼし得る。これらの設計上の選択は、用途の詳細、および振動および/または圧迫デバイス100’の所望の挙動に応じて行うことができる。 In Figure 2a,
本明細書で説明される設計概念は、1つ、2つまたは3つではなく、任意の他の数のモータを有する振動および/または圧迫デバイスにも適用され得ることを理解されたい。振動および/または圧迫デバイスがより複雑になるにつれて、より複雑な挙動がそれらによって表現されることができ、その結果、細部が非常に複雑になり得る。しかしながら、全ての実施形態に共通するのは、モータの回転に揺れまたは振動を与える不平衡な塊の状態で回転する駆動軸である。
送達プラットフォーム
It should be appreciated that the design concepts described herein may also be applied to vibration and/or compression devices having any other number of motors than one, two or three. As vibration and/or compression devices become more complex, more complex behaviors can be represented by them, and as a result the details can be very complex. Common to all embodiments, however, is a drive shaft that rotates in an unbalanced mass that imparts a wobble or vibration to the rotation of the motor.
delivery platform
振動デバイスは、多くの送達プラットフォーム上で使用され得る。例えば、振動デバイスは、胴体の周囲にぴったりフィットする振動および/または圧迫ベストの裏地(又は、ライニング/lining)に取り付けることができる。あるいは、ベッドマットレス、または椅子、またはクッションに適合させてもよい。デバイスまたは送達プラットフォームは、個々のユーザの身体サイズに従ってサイズ決定されて(sized)もよい。 Vibration devices can be used on many delivery platforms. For example, the vibration device can be attached to the lining of a vibration and/or compression vest that fits snugly around the torso. Alternatively, it may be adapted to a bed mattress or chair or cushion. The device or delivery platform may be sized according to the body size of the individual user.
以下に説明する第1の送達プラットフォームは、身体に装着された(又は、フィットした/fitted)着用可能な衣類101のものである。第1の例は、胴体に装着された衣類、例えばベスト101である。ベスト101は、構成可能又は調整可能なフィッティング機構を使用して、患者にぴったりとフィットすることができる。フィッティング機構は例えば、スナップ、ベルクロ(登録商標)、バックル、ベルト、コルセットのように衣類を引き上げることができるレースとすることができる。フィッティング機構は、複数の振動および/または圧迫デバイス100をユーザの身体に対してしっかりと保持する役割を果たす。ベスト101はまた、無線アンテナ/受信機を装備することができ、そのパラメータ、動き、挙動、ユーザ又はセンサーが、無線で、又は遠隔で、又はインターネットを介して、監視および/または調整されることを可能にする。 A first delivery platform, described below, is that of a
図3に示すベストの実施形態101は、ユーザの胴体の右手側(図3の背面に示されている)に配置された3つの振動および/または圧迫デバイス100を有することができる。3つの追加の振動および/または圧迫デバイス100を、ベスト101の前部に、またユーザの右手側に配置することができる。これは例示的な実施形態にすぎず、ベストの実施形態101には、より多くのまたはより少ない振動および/または圧迫デバイス100を配置することができることを理解されたい。さらに、振動および/または圧迫デバイス100は、着用者の胴体上の多数の異なる位置のいずれかに配置されてもよい。これらは、以下にさらに記載されるように、治療目的を達成するのに特に有効であるため、選択される位置であり得る。 The
図3に示すシステムでは、多数のセンサー65、70および75を身体に適用することができる。センサーは1つの情報がセンサーによって取得され得るどこにでも配置され得るが、いくつかの実施形態ではセンサーが例えば、図3のセンサー65、70および75によって示されるように、頭部、胸部および手首の上または近くに配置され得る。これは例示的なものにすぎず、センサーは、異なる量で、胸部などの多数の異なる領域に配備されてもよいことを理解されたい。センサー65、70および75は、外部、内部または遠隔に配置することができる。しかしながら、センサーは、ある情報を測定するように構成され、その情報は一般に、ユーザの状態または状況(又は、条件/condition)に関連する。用語「センサー」は、振動発生デバイス100または100’の動きを監視する運動センサーまたは加速度計11も含むことができる。 In the system shown in Figure 3,
このベスト101は一般的な衣類の例であってもよく、例えば、パンツの脚、靴下、帽子、イヤリングまたはヘッドバンドの形態をとってもよい。ベストの実施形態101は以下に記載される他の送達プラットフォームとは異なるように、一般的な着用可能な衣類の単なる例示である。振動および/または圧迫デバイス100は治療用振動および/または圧迫をユーザに送達するために、多くの異なる送達プラットフォームに組み込むことができることを理解されたい。これらの送達プラットフォームのいくつかを図6a~6dに示す。 This
図6a~6dは、振動および/または圧迫デバイス100が配備され得る4つの他の送達プラットフォームを示す。図6aは椅子12を示し、ここで、振動および/または圧迫デバイス100は、椅子の布の背後に設置される。さらに、追加の振動および/または圧迫デバイス100は図示されるように、椅子の座部に、または椅子の肘掛け部に配備されてもよい。振動および/または圧迫デバイスの位置および分布は、治療目的を達成するために最適化され得る。 Figures 6a-6d show four other delivery platforms upon which the vibration and/or
図6bは睡眠または水平送達プラットフォーム14を示し、その上で、ユーザは、振動および/または圧迫治療マッサージを受けるためにリクライニングする(又は、もたれる/recline)ことができる。図6bでは、振動および/または圧迫デバイス100がマットレスまたは送達プラットフォームの前面に配置されて(distributed)示されている。 FIG. 6b shows a sleeping or
図6cは、複数の振動および/または圧迫デバイス100も配備された座席クッション16を示す。この構成は、振動を共振方式でユーザの胴体又は脊柱に結合するのに特に有効であり得る。 Figure 6c shows a
図6dはペンダントイヤリング18を示し、振動および/または圧迫デバイス100も配備され、耳たぶから懸架されている。 Figure 6d shows a
また、例えば、ヘッドバンド、リストバンド、シューインサート(又は、靴の中敷き/shoe insert)も考えられる。このリストは、網羅的であることを意味するものではなく、振動および/または圧迫デバイス100がユーザに治療的振動および/または圧迫を提供するために配備され得るモードにおいてのみ例示的である。 Also, for example, headbands, wristbands, shoe inserts (or shoe inserts) are conceivable. This list is not meant to be exhaustive and is exemplary only in the modes in which vibration and/or
使用されるコンプレッサデバイスの配置および数は、治療装置の用途、機能、および目的に応じて行うことができる設計上の選択であることを理解されたい。 It should be understood that the placement and number of compressor devices used is a design choice that can be made depending on the application, function and purpose of the therapeutic device.
したがって、ここに開示されるのは、ユーザの身体に振動を加えるための振動発生デバイスである。このデバイスは、第1のモータ30と、第1のモータ30によって駆動される駆動軸31と、前記駆動軸31に連結された少なくとも1つの非対称塊20とを含む少なくとも1つの第1のモータ組立体100を含むことができ、前記非対称塊は、塊のその中心からオフセットされた点で前記駆動軸に連結され、その結果、前記非対称塊は第1のモータ30によって回転されたとき、周波数、振幅および位相を有する振動を生成することを特徴とする。振動発生デバイスは、量を測定する少なくとも1つのセンサーと、コントローラ110とをさらに含んでもよく、コントローラ110は閉ループフィードバック制御の下で測定された量の値を所定の値に向かって付勢(urge)するために、測定された量に基づいて振動の周波数、振幅および位相のうちの少なくとも1つを調整することを特徴とする。 Accordingly, disclosed herein is a vibration generating device for applying vibrations to a user's body. The device comprises at least one first motor set comprising a
振動発生デバイスにおいて、第1のモータ組立体は、第2の駆動軸33に連結された、少なくとも1つの第2の非対称塊22と共に第2の周波数で回転する、少なくとも1つの第2のモータ32をさらに含んでもよく、第2のモータ32は、第1のモータ30に機械的に連結され、連結されたモータ対組立体100’が第1の周波数および第2の周波数に基づいてうなり干渉(interference)パターンを生成することを特徴とする少なくとも1つの連結されたモータ対組立体100’を画定し(defining)、うなり干渉パターンは治療的振動を画定する特性周波数および振幅を有する。 In the vibration generating device, the first motor assembly comprises at least one
いくつかの実施形態では、連結されたモータ対組立体によって生成されるうなり干渉パターンが自然に生じる哺乳動物生理学的リズム(mammalian physiological rhythm)と相互作用するようにコントローラによって調整されて(tuned)もよく、ここで、自然に生じる哺乳動物生理学的リズムは心拍数、呼吸速度(又は、呼吸数/respiration rate)、心拍変動、瞬き、睡眠周期、概日リズムのうちの少なくとも1つである。他の実施形態では、少なくとも1つのモータ対組立体がモータおよび自然に生じる哺乳動物共振構造(mammalian resonant structure)が共振結合システム(resonant coupled system)を形成するように、特性周波数で共振する自然に生じる哺乳動物共振構造に連結されてもよい。 In some embodiments, the beat interference pattern generated by the coupled motor pair assembly is also tuned by the controller to interact with naturally occurring mammalian physiological rhythms. Well, wherein the naturally occurring mammalian physiological rhythm is at least one of heart rate, respiration rate, heart rate variability, blinks, sleep cycle, circadian rhythm. In other embodiments, at least one motor pair assembly is naturally resonating at a characteristic frequency such that the motor and a naturally occurring mammalian resonant structure form a resonant coupled system. It may be coupled to the resulting mammalian resonant structure.
いくつかの実施形態は、複数のモータ対組立体を使用することができ、これらのモータ対組立体は、少なくとも1つの自然に生じる共振生理学的構造(resonant physiological structure)に隣接する位置に配置され、自然に生じる共振生理学的構造と、連結された発振器を画定する少なくとも1つのモータ対組立体とを備える。複数の連結されたモータ対組立体はプラットフォーム上に配置することができ、プラットフォームは、衣類(101)、椅子(12)、マットレス(14)、帽子、ヘッドバンド、イヤリング(18)、アイマスク、ストラップ、リクライニングチェア(recliner)、床およびクッション(16)のうちの少なくとも1つを含む。 Some embodiments may employ multiple motor pair assemblies, which are positioned adjacent to at least one naturally occurring resonant physiological structure. , a naturally occurring resonant physiological structure and at least one motor pair assembly defining a coupled oscillator. A plurality of linked motor pair assemblies can be placed on a platform, which can be clothing (101), chair (12), mattress (14), hat, headband, earrings (18), eye mask, At least one of a strap, a recliner, a floor and a cushion (16).
振動発生デバイスは、無線データ送受信のためのアンテナをさらに備え、従って、無線で監視または調整されるように構成可能である。
システムアーキテクチャ
The vibration-producing device further comprises an antenna for wireless data transmission and reception, and thus can be configured to be wirelessly monitored or regulated.
system architecture
図3に示すシステムでは、多数のセンサー65、70および75が身体に適用される。センサーは1つの情報がセンサーによって取得され得るどこにでも配置され得るが、いくつかの実施形態ではセンサーが例えば、図3のセンサー65、70および75によって示されるように、頭部、胸部および手首の上または近くに配置され得る。これは例示的なものにすぎず、センサーは、異なる量で、胸部などの多数の異なる領域に配備されてもよいことを理解されたい。センサー65、70および75は、外部、内部または遠隔に配置することができる。しかしながら、センサーはある情報を測定するように構成されており、その情報は一般に、ユーザの状態または状況、または振動発生デバイスの挙動(又は、rhe挙動)に関連する。 In the system shown in Figure 3,
情報のアイテムを測定するバイオメトリックセンシング機器は以下でさらに説明されるように、フィードバックループにおいてこのシステムに関与し得る。代替的に、情報は意思決定ユニットに供給されてもよく、意思決定ユニットはセンシングユニットによって測定される特定の挙動に応じて、モータコントローラを調整してもよい。このユニットは、あるアイテム(又は、項目/item)(センサー信号レベル)を別のアイテム(モータに適用されるアルゴリズム)にマップすることがあるため、「マッピングユニット」とも呼ばれる。意思決定ユニットは、人工知能を使用することもできる。 A biometric sensing device that measures an item of information can participate in this system in a feedback loop, as further described below. Alternatively, the information may be supplied to the decision-making unit, which may adjust the motor controller in response to the particular behavior measured by the sensing unit. This unit is also called a "mapping unit" because it may map one item (sensor signal level) to another item (algorithm applied to the motor). The decision making unit can also use artificial intelligence.
多数のバイオメトリック量を監視することができるが、それらは心拍数、エクリン活動(eccrine activity)、及び心拍変動(HRV)を含むことができる。しかしながら、血圧、呼吸速度、瞬き、酸素化(又は、酸素添加/oxygenation)を含む他の生物学的側面が測定されてもよい。他の局面(又は、態様/aspect)は例えば、呼吸努力(respiratory effort)、EEGシータ/ベータ比、立毛筋活動、胃電図(electrogastrography)、反応時間、眼電図、瞳孔直径、ミクロおよびマクロなサッケード(又は、衝動性、跳躍性/saccade)活動、姿勢、皮膚電位、筋電図、前駆出時間(PEP)、一回拍出量、心拍出量、左室駆出時間(LVET)、血圧、及び血管抵抗を含み得る。このリストは、網羅的であることを意味するものではなく、振動デバイスと共に使用することができる情報の例を提供することのみを意味する。 A number of biometric quantities can be monitored, including heart rate, eccrine activity, and heart rate variability (HRV). However, other biological aspects may be measured including blood pressure, respiratory rate, blinking, oxygenation. Other aspects are for example respiratory effort, EEG theta/beta ratio, pili muscle activity, electrogastrography, reaction time, electrooculogram, pupillary diameter, micro and macro saccade (or impulsive, saccade) activity, posture, skin potential, electromyogram, pre-ejection time (PEP), stroke volume, cardiac output, left ventricular ejection time (LVET) , blood pressure, and vascular resistance. This list is not meant to be exhaustive, but only meant to provide examples of information that can be used with vibration devices.
センサー65、70および75の出力はセンサー信号を受信し、それらを記録するコンピュータ110に供給されてもよい。コンピュータ110が感覚(sensory)出力を受信した後、アナライザ112にその信号を送ることができる。このアナライザは治療用衣類101を着用しているユーザの状態を特徴付けるために、その信号を分析することができる。 The outputs of
アナライザは、コンピュータ110からの信号の分析を完了すると、図3に示すマッパー116に信号を送ることができる。このマッパーは、分析されたセンサー結果を、次にモータコントローラ40によってモータ30に適用される特定のアルゴリズムにマッピングすることができる。このマッピングアルゴリズムのいくつかの例は、用途を対象とするセクションにおいて以下でさらに説明される。 When the analyzer has completed analyzing the signal from
したがって、いくつかの実施形態では、振動発生デバイスが少なくとも1つの情報を感知する少なくとも1つのセンサー(65、70および75)を含むことができ、前記少なくとも1つの情報は身体の物理的(又は、身体的/physical)、心理的、感情的、および環境的状態のうちの少なくとも1つに関連することができ、振動の周波数、振幅および連続するパルスのタイミングのうちの少なくとも1つは、前記少なくとも1つの情報に基づく。したがって、振動発生デバイスは、少なくとも1つの情報に基づいて、センサー65、70、75によって感知された測定量を、振動発生デバイスを駆動するモータ駆動波形を生成するアルゴリズムに関連付けるマッピングユニット116をさらに含んでもよい。 Thus, in some embodiments, the vibration generating device can include at least one sensor (65, 70 and 75) that senses at least one information, said at least one information being the body's physical (or physical), psychological, emotional, and environmental conditions, wherein at least one of the frequency, amplitude and timing of successive pulses is associated with said at least Based on one piece of information. Accordingly, the vibration generating device further includes a mapping unit 116 that, based on at least one piece of information, associates the measurands sensed by the
一実施形態では、ユーザの脈拍数が手首に配備されたセンサーによって監視され、感覚(又は、感知/sensory)出力はコンピュータ110によって記録される。このデータは、おそらく血圧、呼吸、汗などの他のデータと組み合わせて、コンピュータ110に送信することもできる。次に、ユーザに配備されたセンサーからコンピュータ110によって収集されたデータをアナライザ112に送ることができる。アナライザ112は、例えば、ユーザが現在経験しているリラクゼーションまたは覚醒のレベルを特徴付けるために、そのデータを分析することができる。例えば、アナライザ112がユーザがストレス状態または高血圧状態にあると判定した場合、アナライザは、メッセージをマッパー116に直接送信して、ストレス低下アルゴリズムをモータコントローラ40~48に適用することができる。ストレス低下アルゴリズムは心拍数と実質的に同期しているが、わずかに低い振動および/または圧迫パルスを含むことができる。これにより、自律神経系が呼吸(breathing)、血圧又は脈拍数を弛緩させるように促されることがある。ストレス低下アルゴリズムの他の例は、他の実施および実施形態に関して以下に記載される。 In one embodiment, the user's pulse rate is monitored by a wrist-deployed sensor and the sensory output is recorded by
一般的なフローでは、適用されたアルゴリズムに従ってモータの動きを制御するモータコントローラ40~48にアルゴリズムを供給することができる。したがって、振動および/または圧迫デバイス内のモータは、実際には周波数、位相および振幅の変化に関して、かなり複雑な振動シーケンスであり得るものを実行する。 In a general flow, the algorithms can be supplied to motor controllers 40-48 which control the motion of the motors according to the applied algorithms. Thus, the motors in the vibration and/or compression devices actually perform what can be quite complex vibration sequences in terms of frequency, phase and amplitude changes.
このシステムアーキテクチャのいくつかの実施形態では、アルゴリズムがモータコントローラに提供され、モータによって使用された後、別のセンシングサイクルが行われてもよい。すなわち、コントローラ110はユーザに対する振動および/または圧迫デバイスの影響を検出するために、センサー65、70および75を再度ポーリング(poll)することができる。例えば、ユーザは心拍数の上昇によって証明されるように、高レベルのストレスを有する患者であってもよい。心拍数モニタはユーザの心拍数を測定し、それをコントローラおよび/または信号アナライザに供給することができ、信号アナライザは、ユーザの心拍数が目標心拍数よりも高いことを判定する。信号は、心拍数低減アルゴリズムを呼び出すことができるマッパー116に送られることができる。ある期間の後、センサーは、センサー出力によって表されるようにストレスレベルが低下したかどうかを確認するために、再びポーリングされてもよい。さもなければ、異なるアルゴリズムが呼び出されてもよく、または信号レベルが変更されてもよい。 In some embodiments of this system architecture, another sensing cycle may occur after the algorithm is provided to the motor controller and used by the motor. That is, the
従って、振動発生デバイスは第1のモータ組立体100および結合された振動モータ対組立体100’のうちの少なくとも1つを制御し、且つ、そのシーケンスによって規定されるアルゴリズムを実行するようにプログラムすることができるコントローラ110を使用することができ、ここで、アルゴリズムおよび振動シーケンスは、少なくとも1つのセンサー65、70、75の測定量に基づいて選択される。測定量は、加速度、回転速度、心拍数(HR)、皮膚電気活動(Electrodermal Activity)(EDA)、心拍変動(HRV)、血圧(BP)、血液加速度、血液速度、誘発(Evoked)反応、皮膚温度、深部体温、インピーダンス心電図(Impedance Cardiography)、電気生体インピーダンス、呼吸数(BR)、呼吸数変動(BRV)、瞬き、血液酸素(Blood Oxygenation)(SpO2)、呼吸努力(RE)、脳波記録(又は、脳波図、脳電図/Electroencephalography)(EEG)、立毛筋活動、コルチゾールレベル、概日リズム、驚愕反応(Startle Response)、胃電図(EGG)、反応時間、眼電図(EOG)、瞳孔直径、眼球サッケード活動(マクロ/ミクロ)、体位(又は、身体の姿勢/Body Posture)、皮膚電位(SP)、筋電図(EMG)、前駆出期間(PEP)、一回拍出量(SV)、心拍出量(CO)、左室駆出時間(LVET)、等容収縮時間(IVCT)、左室収縮性、血管抵抗(VR)および脳の機能的近赤外分光法(又は、装置)(fNIRS)のうちの少なくとも1つに基づく情報であってもよい。 Accordingly, the vibration generating device controls at least one of the
図3に示されるアーキテクチャにおけるこれらの振動および/または圧迫デバイス100の数および配置は、例示的なものにすぎず、他の構成もまた選択され得ることを理解されたい。また、本明細書に記載の方法は、図6a~6dに示すような他のプラットフォームにも同様に(又は、等しく/equally)適用できることを理解されたい。また、信号アナライザ112およびマッパー116の機能は別個の機能ユニットを必要としないように、単一のコンピュータ110によって実行することもできることを理解されたい。信号アナライザおよびマッパーを含む、本明細書で説明される機能のすべてが、すべてのアーキテクチャにおいて必要であるわけではなく、一部では機能が完全に存在しなくてもよい。 It should be understood that the number and placement of these vibration and/or
いくつかの実施形態では、フィードバックループが存在しなくてもよいが、センサー出力は単に、モータコントローラ40に適用するアルゴリズムを選択するマッパーまたは意思決定ユニット116に適用される。代替的に、センサー値は、振動および/または圧迫デバイス100に適用されるアルゴリズムを直接選択することができるユーザに供給することができる。単純な例は圧迫デバイスを駆動する増幅器に直接適用されるセンサー出力であり、信号を平滑化し、圧迫デバイス出力の位相を修正するためのフィルタの有無を問わない。 In some embodiments, there may not be a feedback loop, but the sensor output is simply applied to a mapper or decision-making unit 116 that selects an algorithm to apply to
所与のシステムアーキテクチャまたは用途において、図3に示される構成要素のすべてが必要とされるわけではないことを理解されたい。例えば、心拍数モニタの出力を直接マッピングユニット116に送ることが可能であり、その後、マッピングユニットはモータコントローラ40を介してモータ30に適用するアルゴリズムを選択する。 It should be understood that not all of the components shown in FIG. 3 are required for a given system architecture or application. For example, the output of a heart rate monitor can be sent directly to mapping unit 116 , which then selects the algorithm to apply to
また、図3に示されるモジュールは、ソフトウェアのみで実施されてもよいことも理解されるであろう。すなわち、単一のコンピュータ110は心拍数を監視し、目標値と比較し、適切な振動および/または圧迫デバイスアルゴリズムを調べ、それをモータコントローラに適用することができる。 It will also be appreciated that the modules shown in FIG. 3 may be implemented solely in software. That is, a
可能なモータアルゴリズムの多くの例がある。これらのモータ制御アルゴリズムは、個々のモータ、またはモータのバンク(又は、列/bank)、またはすべてのモータに適用することができる。それらは、単純な振動波形または任意に複雑で時変の波形を有し得る。印加される振幅および周波数は、情報または特定の感覚をユーザに送信するために変化してもよい。一例は波形をモータに適用し、次いで、時間遅延を伴って隣のモータに適用し、さらに(又は、再度)、次のモータに順番に適用する制御アルゴリズムであり、これは、被験者を通過する波の効果を提供することができる。 There are many examples of possible motor algorithms. These motor control algorithms can be applied to individual motors, banks of motors, or all motors. They can have simple oscillatory waveforms or arbitrarily complex time-varying waveforms. The applied amplitude and frequency may vary to convey information or a particular sensation to the user. One example is a control algorithm that applies a waveform to a motor, then with a time delay to the next motor, and then (or again) to the next motor in sequence, which passes through the subject. Wave effect can be provided.
図3のアーキテクチャでは、センサー、コントローラ110、アナライザ112およびマッパー116に加えて、衣類101に結合されてもよい別の追加システム118が存在してもよい。このシステム118は、冷却能力または加熱能力をユーザに適用することができる。熱は穏やかな効果があると考えられ、その結果、胴体を温めることはこの構造(又は、アーキテクチャ)のストレス減少の結果を補助し得る。システム118はまた、振動および/または圧迫特性を修正するためにベスト101に空気圧を加えることができる空気圧システムであってもよい。最後に、モジュール118は、冷却装置であってもよい。より低温を適用することは、治療効果を有することが知られており、軟組織への損傷または怪我を軽減するために、マッサージ療法と組み合わせて特に治療的であり得る。 In the architecture of FIG. 3 , in addition to sensors,
図3に示すシステムアーキテクチャは、オーディオ214またはビデオ210の刺激源を含む。これらのアーキテクチャは一般に、オーディオおよびビデオが例である刺激に適用可能であり得ることを理解されたい。 The system architecture shown in FIG. 3 includes
図3は、オーディオ刺激がユーザに適用されることを示す。オーディオ刺激は図3に示すように、スピーカー214からの音楽の形態であってもよい。もちろん、ユーザは、自分の好みのプレイリストを聴くことを楽しむことができるので、スピーカー214から音を聞くことになる。しかし、加えて、信号アナライザ112は、オーディオ信号を分析してもよい。信号アナライザ112は例えば、ある周波数範囲における信号の大きさを報告するスペクトラムアナライザであってもよい。 FIG. 3 shows that audio stimuli are applied to the user. The audio stimulus may be in the form of music from
オーディオ信号とモータ応答の間の多くの関係を想定することができる。例えば、複数の圧迫デバイス100を備えたベスト101を介してユーザの胴体に振動および/または圧迫を加えることは、その音楽のユーザの楽しみを強化し得ることが確かめられ得る。これは、オーディオ信号の低音部分が振動および/または圧迫デバイスの振動および/または圧迫の挙動にマッピングされる場合、または極端な高音が音楽に存在する場合に特に当てはまる。 Many relationships between audio signals and motor responses can be assumed. For example, it can be seen that applying vibration and/or compression to a user's torso via a
図3に示された実施例は共に、いわゆるマッピングアルゴリズムユニット116を利用する。このユニットは例えば、参照(又は、ルックアップ/look-up)テーブルであってもよく、信号アナライザ112からの所与の出力に対して、マッピングアルゴリズムユニットは、多くの中から1つのアルゴリズムを選択する。すなわち、信号アナライザ112の結果に対する適切な応答を選択する。あるいは、マッパー116が信号アナライザ112の結果に基づいて、はるかに複雑なルーチンを実行することができる。例えば、マッピングアルゴリズム116は、オーディオ信号の全体の音量に相関する大きな知覚可能なマッサージ動作を生成するようにプログラムされてもよい。マッピングアルゴリズムは、信号アナライザ112からの音量測定の結果として、そのアルゴリズムを実施する。音量がより高い場合、マッピングアルゴリズム116はモータの偏心塊上でより高い回転速度を選択することができるので、ベスト101のマッサージ速度を高速化することにより、より高い回転速度を選択することができる。このシナリオでは、マッピングアルゴリズムがオーディオ信号のボリュームをモータのRPM速度(又は、レート)にマッピングする。このマッピング概念は図3においても使用され、ここではオーディオまたはビデオ信号が強度プロファイルからマッピングアルゴリズムにマッピングされる。このシナリオでは、ユーザが視覚と音とを組み合わせて、または組み合わせずに、振動機構を介してオーディオまたはビデオ信号を知覚することができる。
方法
Both the embodiments shown in FIG. 3 utilize a so-called mapping algorithm unit 116 . This unit can be, for example, a reference (or look-up) table, and for a given output from the
Method
図5bは、制御アーキテクチャの基本構成要素を方法フォーマットで示すフローチャートである。図5aおよび図5bにおいて、何らかの生理学的状態で開始する方法S500の第1のステップS501は、ユーザのシチュエーション(又は、状況/situation)または状態を示す情報を測定するために、センサーに問い合わせることであってもよい。センサーは例えば、上記に列挙されたものいずれかまたは組み合わせであってもよく、もしくは、異なる情報で動作する異なるセンサーであってもよい。 FIG. 5b is a flow chart illustrating the basic components of the control architecture in method format. In Figures 5a and 5b, a first step S501 of the method S500 starting in some physiological state is to interrogate the sensors to measure information indicative of the user's situation or state. There may be. The sensors may, for example, be any or a combination of those listed above, or may be different sensors operating on different information.
いずれにせよ、図3及び図5bを参照すると、ステップS502においてセンサー出力を記録し、コンピュータ110によって仕分け(又は、ソート)、分析することができる。コンピュータ110はモータに適用するアルゴリズムを直接決定してもよく、またはコンピュータは専用のアナライザ112にデータを送ってもよい。次いで、このアナライザ112は、ステップS503において、ユーザの感情状態または生理学的状態などのユーザの状態またはシチュエーションに関して、マッピングまたは意思決定要素116にメッセージを送信することができる。次いで、マッピングまたは意思決定ユニット116は少なくとも1つのセンサーによって測定されるように、ユーザの状況に応じて、ステップS504およびベスト101においてモータに適用するアルゴリズムに関して(例えば、参照テーブルに基づいて)決定を行うことができる。機能または波形は、ステップS505においてモータに送達される。 In any event, referring to FIGS. 3 and 5b, sensor outputs may be recorded, sorted, and analyzed by
フィードバック実施形態では、アルゴリズムを実行する振動および/または圧迫デバイスから触覚(又は、感覚刺激/tactile sensation)を適用すると、センサーを再度ポーリングすることができ、触覚を適用した結果としてのユーザの状態の任意の変化を評価することができる。その結果に基づいて、コンピュータ110、信号アナライザ112またはマッピング要素116は、ユーザの応答に基づいて、新しい値に更新され得る。 In a feedback embodiment, applying tactile sensations (or tactile sensations) from a vibration and/or compression device running an algorithm can poll the sensors again to provide an indication of the user's state as a result of applying the tactile sensations. Any change can be evaluated. Based on the results,
この方法の1つの特徴は、コンピュータ、分析ユニット、および/または参照テーブルが新しいセンサー結果に基づいて変更され得ることである。すなわち、システムは、ユーザにおける目標状態の達成における成功または失敗に基づいて、学習することができる。したがって、ステップS505からステップS500まで、可能なフィードバックループが図5bに示される。 One feature of this method is that the computer, analysis unit, and/or lookup table can be changed based on new sensor results. That is, the system can learn based on the user's success or failure in achieving a goal state. Therefore, from step S505 to step S500, a possible feedback loop is shown in Fig. 5b.
いくつかの代替実施形態では、環境状態に関する情報が任意選択のステップS506でセンサーによって感知されてもよい。任意選択のステップS507において、設定値、事前定義値または事前測定数をコントローラに入力することができる。他の実施形態では、任意選択のステップS508で外部刺激を印加することができる。これらの実施形態では、フィードバックループがこれらの設定値に関して、事前定義された量として実装されてもよい。 In some alternative embodiments, information regarding environmental conditions may be sensed by sensors in optional step S506. In optional step S507, a set value, predefined value or number of pre-measurements can be entered into the controller. In other embodiments, an external stimulus may be applied at optional step S508. In these embodiments, feedback loops may be implemented as predefined quantities with respect to these setpoints.
いくつかの方法では、診断ルーチンをユーザに適用することができる。この診断ルーチンは、もしあれば、ユーザに対するシーケンスの影響を測定するために、振動発生デバイス上で一連のパターンを実行し、少なくとも1つのセンサーを監視することができる。 In some methods, a diagnostic routine can be applied to the user. The diagnostic routine may run a series of patterns on the vibration generating device and monitor at least one sensor to determine the effect, if any, of the sequence on the user.
従って、振動発生デバイスはセンサーを監視しながら振動の診断シーケンスを実行するようにプログラムされ得るコントローラを含んでもよく、次いで、診断シーケンス中にセンサーの監視に基づいて新しいシーケンスを作成し、ここで、新しいシーケンスはユーザに固有であり、この新しいシーケンスは診断シーケンスに基づいてそのコントローラによって学習される。 Accordingly, the vibration generating device may include a controller that may be programmed to perform a diagnostic sequence of vibrations while monitoring the sensors, then creating a new sequence based on the monitoring of the sensors during the diagnostic sequence, wherein: The new sequence is unique to the user and is learned by its controller based on the diagnostic sequences.
他の実施形態では、図5bに示すように、刺激をユーザに加えることができる。その刺激は例えば、振動的または聴覚的または視覚的のいずれかであってもよく、もしくは刺激は、何らかの他の感覚であってもよい。第2のステージ112は信号アナライザステージであり、刺激の周波数成分が分析される。次いで、この分析の結果は、マッピングアルゴリズムステージ116に進むことができる。マッピングは、この刺激分析に適したアルゴリズムを決定する。次いで、マッピングステージ116は選択されたアルゴリズムをモータコントローラ40に送信し、そのアルゴリズムはモータ30に適用される。次いで、モータ30は、ベスト101およびユーザに触覚(tactile sensation)を伝える。この方法の効果は1つのタイプの感覚(例えば、オーディオまたはビジュアル)を、アーキテクチャに配備された振動および/または圧迫デバイス100を使用してユーザの身体に直接適用される触覚にマッピングすることである。図5bに示されるアーキテクチャは、それによって、アルゴリズムによって、刺激に対するユーザの知覚を著しく高めるか、または少なくとも変更することができる通常の感覚チャネルを介して来る感覚にリンクされる、並列感覚入力メカニズムになる。 In other embodiments, a stimulus can be applied to the user, as shown in Figure 5b. The stimulus may be, for example, either vibratory or auditory or visual, or the stimulus may be some other sensory. The
したがって、振動発生デバイスは入力信号40~48を含んでもよく、入力信号はユーザに向けられるか、またはユーザから向けられる。また、振動発生デバイスは分析された(又は、解析された/analyzed)信号およびその分析された信号に基づくモータ駆動波形を発生するために入力信号を分析する少なくとも1つの信号アナライザ112を含んでもよく、コントローラ110はそのモータ駆動波形を使用して、第1のモータ組立体100および連結されたモータ対組立体100’の少なくとも1つを制御し、入力信号に基づいて振動を発生させるようにプログラムされ、その結果、入力信号に基づいてシステムが振動をユーザの身体の少なくとも一部に印加する。入力信号は、オーディオ信号214およびビデオ信号210のうちの少なくとも1つであってもよく、入力信号は少なくとも1つの周波数帯域内のスペクトルコンテンツを有する。
用途‐瞑想
Accordingly, the vibration generating device may include input signals 40-48, which are directed to or from the user. The vibration generating device may also include at least one
Use - Meditation
一実施形態では、デバイスがユーザが瞑想状態を得るのを助けるために使用されてもよい。図6a~6dのデバイスは、ユーザの生理機能を、瞑想を助長する状態に促すパターンで、身体を通して振動を導く(direct)ことができる。一実施形態では、ユーザが、図6cのクッションに座り、または図6dデバイス100を耳にクリップ留めする(clip)か、またはデバイス100が埋め込まれたヘッドバンドを着用する。コントローラ110は、クッション16に座っているユーザに振動を伝える信号をモータ100に送る。一実施形態では、振動振幅および振動数が任意の不定の(arbitrary)周期的な波形であってもよいが、時間とともに(又は、時間通りに/in time)正弦波的に増加する。モータの振動の正弦波状の上昇および下降の波長は、毎分2~20呼吸(breath)の人間の呼吸の範囲内で変化する。典型的なプログラムシーケンスは15BPMの典型的な安静時呼吸速度で開始し、その後、時間が経つにつれて遅くなることがある。時間の経過と共に、ユーザの呼吸は、モータ(複数可)の振動の上昇および下降に自然に追従し始める。モータの振動の正弦波の立ち上がり(rising)および立ち下がり(falling)の波長が増加するにつれて、ユーザの呼吸速度も遅くなる。その振動は呼吸に対する無意識のガイドとなり、したがって、デバイスの制御アーキテクチャを自律神経系にリンクさせる。一実施形態では、ユーザがどれだけ呼吸を遅くすることができるかを決定するために、テストシーケンスが実行される。次いで、この呼吸速度は、モータ振動の正弦波変動のための目標波長として使用される。 In one embodiment, the device may be used to help the user attain a meditative state. The device of Figures 6a-6d can direct vibrations through the body in patterns that encourage the user's physiology into a state conducive to meditation. In one embodiment, the user sits on the cushion of Figure 6c or clips the
別の実施形態では図3の制御アーキテクチャを使用して、センサー65は人の呼吸速度を検出する。次に、制御システムは、バイアスの有無にかかわらず、ユーザの呼吸に一致するように正弦波波長を調整する。「バイアス」は、感知された呼吸速度と目標呼吸速度との間の差の大きさおよび方向に関連する量であると理解され得る。振動の波長を長くするためにバイアスが印加されると、ユーザの呼吸が遅くなる。正弦波振動の波長が減少すると、ユーザの呼吸速度が増加する。
用途‐音楽
In another embodiment, using the control architecture of FIG. 3,
Use - Music
人体に印加される刺激装置(複数可)(機械的、電気的、光または聴覚的な刺激装置)の振動周波数を制御するための、特定の移動時間窓(moving-time window)にわたる特定の可聴周波数帯域に存在する平均エネルギーの測定を含む信号処理方法。 Specific audible over a specific moving-time window for controlling the vibrational frequency of the stimulator(s) (mechanical, electrical, optical or auditory stimulator) applied to the human body A signal processing method that involves measuring the average energy present in a frequency band.
聴覚スペクトル(20Hz~20kHz)内に位置する特定の周波数帯、または複数の周波数帯(bands)は、特定の移動時間ウィンドウにわたって、周波数帯または結合された複数の周波数帯を表す平均電力信号[A(t)]を決定するために隔離される。この周波数帯隔離方法は、低域フィルタ、高域フィルタおよび/または帯域フィルタの使用を含むアナログまたはデジタルの方法を介して、または高速フーリエ変換のような変換を介して達成することができる。一旦A[t]が定義されると、それは、電圧制御発振器(VCO)の動作周波数または回転電気モータの速度を制御するために使用される。VCOに適用する場合、VCOは次に、VCO出力に関連して触覚インパルスを生成する偏心回転塊モータ(又は、偏心モータ/eccentric rotational mass motor)を作動させるために増幅器を駆動するであろう。別個の制御を用いて、増幅器を介して、VCO出力の振幅を変調してもよい。 A particular frequency band, or multiple frequency bands, located within the auditory spectrum (20 Hz-20 kHz) is given an average power signal [A (t)]. This frequency band isolation method can be accomplished through analog or digital methods, including the use of low-pass, high-pass and/or band-pass filters, or through transforms such as Fast Fourier Transforms. Once A[t] is defined, it is used to control the operating frequency of a voltage controlled oscillator (VCO) or the speed of a rotating electric motor. In the VCO application, the VCO would then drive an amplifier to operate an eccentric rotary mass motor that produces haptic impulses in relation to the VCO output. A separate control may be used to modulate the amplitude of the VCO output through the amplifier.
電気モータに適用する場合、モータの速度(回転速度)は、A(t)の値によって決定される。典型的にはA(t)がパルス幅変調(PWM)法を介してモータを駆動するように調整することができるが、線形増幅器を使用することもできる。レクトリックモータはシャフトに連結されたERMを有し、シャフトが回転するときに力の変動をもたらす可能性がある。 When applied to electric motors, the speed (rotational speed) of the motor is determined by the value of A(t). Typically A(t) can be adjusted to drive the motor via a pulse width modulation (PWM) method, but a linear amplifier can also be used. A lectric motor has an ERM coupled to the shaft, which can result in force fluctuations as the shaft rotates.
いくつかの実施形態では、モータ制御信号をPWM制御ボードに送信するように適合され構成されたマイクロコントローラを提供することができる。次いで、PWM制御ボードはPWM駆動信号を直流(又は、DC)モータコントローラに送り、次いで、PWM駆動電圧を直流モータに送る。PWM駆動信号は、10Hz~100kHzのどこかを(又は、どこかで/somewhere)特定の基本周波数に設定することができる。特定の基本周波数は使用される直流振動モータのタイプに基づいて選択される。ここで、最適な基本周波数はモータのサイズ、重量、コイル抵抗および公称回転速度の関数であり得る。基本周波数は、機械的出力に対する電力に関してモータ効率を最適化するように選択することができる。
機械的カップリングIn some embodiments, a microcontroller adapted and configured to send motor control signals to the PWM control board can be provided. The PWM control board then sends PWM drive signals to the direct current (or DC) motor controller, which in turn sends PWM drive voltages to the DC motor. The PWM drive signal can be set to a particular fundamental frequency anywhere between 10 Hz and 100 kHz. A particular fundamental frequency is selected based on the type of DC vibration motor used. Here, the optimal fundamental frequency can be a function of motor size, weight, coil resistance and nominal rotational speed. The fundamental frequency can be selected to optimize motor efficiency in terms of power to mechanical output.
mechanical coupling
別の実施形態では、システム図7bがばね塊ダンパシステムとして表すことができる。偏心回転塊のスピンは垂直軸に振動を作る。デバイス100または100’を、ばね塊ダンパとして表すことができるクッション、パッド付き座席または他の表面上に配置することによって、ユーザ図7bに機械的に結合される共振が発生するであろう。人体は、図7aに表される種々の周波数で共振する。これらの周波数を一致させることによって、身体全体に機械的振動を発生させることが可能である。次いで、人体におけるこれらの機械的振動は、骨格系、呼吸系、循環系、神経系、リンパ系および内分泌系などの他の系に結合される。一例として、図7bには、どのように脊柱をばね塊ダンパシステムとして表すことができるかが示されている。この例におけるデバイス100’の振動は、脊柱を通る動きを生じさせ、頭部を上下に動かす。周波数範囲をスイープすると、身体全体の共振周波数に結合する。振動モータ組立体100又は100’は、図7aに示すように身体に結合されると、共振結合システムを形成することができる。 In another embodiment, system FIG. 7b can be represented as a spring mass damper system. The spin of the eccentric rotating mass creates oscillations in the vertical axis. Placing the
人体は振動する塊によって作動される(actuated)とき、共振空洞(又は、キャビティ/cavity)として作用する。実施形態において、振動モータの周波数掃引を実行することによって、身体の共振を決定することができる。これらの周波数を得るために、振動モータと検出加速度計から構成されるシステムを使用することができる。振動モータは入力として機能し、機械的振動を身体に伝達する。実施形態では、身体の振動を検出するためにベスト内の様々な位置に配置された加速度計が提供されてもよい。モータへの入力電圧を、加速度計によって決定される身体の周波数応答にマッピングすることによって、身体の共振を決定することができる。次いで、この共振情報をモータルーチン内で使用して、振動モータの身体への影響を増大させることができる。 The human body acts as a resonant cavity when actuated by a vibrating mass. In embodiments, body resonance can be determined by performing a frequency sweep of the vibration motor. A system consisting of a vibration motor and a sensing accelerometer can be used to obtain these frequencies. A vibration motor acts as an input and transmits mechanical vibrations to the body. In embodiments, accelerometers placed at various locations within the vest to detect body vibrations may be provided. By mapping the input voltage to the motor to the body's frequency response as determined by the accelerometer, the body's resonance can be determined. This resonance information can then be used within the motor routine to augment the body impact of the vibration motor.
複数のモータ対組立体は、プラットフォーム上に配置されてもよく、上述の共振構造内に結合する可能性が高い位置に配置されてもよい。プラットフォームは、衣類、椅子、マットレス、帽子、ヘッドバンド、イヤリングおよびクッションのうちの少なくとも1つであってもよい。プラットフォームは高架式(elevated)足支持体を有するリクライニング椅子と、リクライニング椅子を介してユーザの身体に結合された、身体の中心線をまたいでいる複数のモータ対組立体とであってもよい。いくつかの実施形態では、プラットフォームは、座ったとき、横たわったとき、またはさもなければ身体に対して圧迫されたときに、ユーザの身体に結合するモータ対組立体を有するクッションであってもよい。 A plurality of motor pair assemblies may be placed on the platform and may be placed in locations that are likely to couple into the resonant structure described above. The platform may be at least one of clothing, chairs, mattresses, hats, headbands, earrings and cushions. The platform may be a reclining chair with an elevated foot support and a plurality of motor pair assemblies straddling the body centerline coupled to the user's body through the reclining chair. In some embodiments, the platform may be a cushion with a motor pair assembly that engages the user's body when seated, lying down, or otherwise pressed against the body. .
複数のモータ対組立体の隣接する個々の内縁は、互いに0.25インチから7インチ離間して配置されてもよい。うなり干渉パターンは、自然に生じる生理学的リズムと重なる周波数範囲内の可変周波数を有する可能性がある。周波数の範囲は自然に生じる生理学的周波数であり、ここで、自然に生じる生理学的周波数は、心拍数(0.5~3Hz)、呼吸速度(0.03~0.3Hz)、瞬き速度(0.05~0.5Hz)、脳液量変化速度(cerebral fluid volume change rate)(0.3~0.7Hz)、脳内の神経活動速度(neuronal activity rate)(0.05~100Hz)、胃活動速度(gastric activity rate)(0.02~0.08Hz)ならびにこれらの自然に生じる生理学的周波数の高調波および低調波のうちの少なくとも1つを含む。 Adjacent individual inner edges of the plurality of motor pair assemblies may be spaced 0.25 inches to 7 inches from each other. Beat interference patterns can have variable frequencies within a frequency range that overlaps with naturally occurring physiological rhythms. The frequency range is the naturally occurring physiological frequencies, where the naturally occurring physiological frequencies are heart rate (0.5-3 Hz), respiratory rate (0.03-0.3 Hz), blink rate (0 0.05-0.5 Hz), cerebral fluid volume change rate (0.3-0.7 Hz), neuronal activity rate in the brain (0.05-100 Hz), stomach At least one of the gastric activity rate (0.02-0.08 Hz) and harmonics and subharmonics of these naturally occurring physiological frequencies.
本開示の残りの部分は、振動発生デバイスによって生成された振動をユーザの身体内により効果的に結合する方法を対象とする。図8a~8eに示されたいくつかの実施形態において、振動モータ30は図1bにも示されたように、エラストマー材料60を用いてユーザの身体に連結されてもよい。エラストマー材料は身体への治療振動の送達を改善するために、特定の特性を有するように設計されてもよい。この議論の残りの部分は、このエラストマー構造の設計、製造および実施に向けられている。 The remainder of the present disclosure is directed to methods of more effectively coupling vibrations generated by a vibration generating device into a user's body. In some embodiments shown in Figures 8a-8e, the
以下の図1bでは、振動塊モータ30がエラストマー材料60を使用してユーザ19に結合される。エラストマー材料60の目的は、ユーザ19の身体へのモータ30の振動の結合を制御することである。エラストマー格子は異方性であるように設計されてもよく、すなわち、設計によって、1つのディメンジョン(又は、次元/方向)が他方よりも柔軟であってもよい。 In FIG. 1b below, vibrating
振動モータ30はその構造上、三次元的な意味で搖動したり、動いたり、回転したりすることができる。この動きは面内の調和運動(harmonic motion)と縦の調和運動に分解できる。縦の成分または方向は図8aに示す通りであり、面内の運動はそれに直交する。縦の調和運動は、例えば磁気駆動スピーカーコーンによって発射されるであろう振動に類似している。スピーカーは主に衝撃力の強い(percussive)縦波として振動を発生する。対照的に、振動モータは面内成分も有する。これらの定義に従って、エラストマー材料は縦の成分が身体の皮膚表面に直交するように、身体に対して配備され得る。
エラストマー格子は、面内成分(又は、構成要素/component)と縦方向成分に対して異なる応答を有することができる。いくつかの実施形態では、エラストマー材料が面内成分と比較して縦方向成分に対して少なくとも2倍の剛性を有することができる。 Elastomeric lattices can have different responses to in-plane and longitudinal components. In some embodiments, the elastomeric material can have at least twice the stiffness for the longitudinal component as compared to the in-plane component.
図1bでは、静止表面15が例えば椅子、または床、またはベッドであってもよい。振動と認識可能な動きをしない、または固定部材に機械的に結合されるいかなる表面も、静止表面15であると考えられる。 In FIG. 1b, the
図1bでは、以下の図のように、エラストマー材料60は減衰機構(すなわち、「ダッシュポット」)およびばね機構を有するものとして示されている。換言すれば、各エラストマー材料は、運動に対する弾性応答と非弾性応答の両方を有する。非弾性部分は運動を減衰また抑制する傾向があり、弾性部分は、運動を支持または強化する傾向がある。これらの弾性および非弾性メカニズムの存在はエラストマーが機械的インピーダンスを有する結果となり、インピーダンスは、エラストマーがモータ30から身体19に振動を結合する能力を表す。 In FIG. 1b, the
図1bは、新規なシステムの別の例示的な実施形態140の簡略化された概略図である。前述の図と同様に、実施形態140は、振動モータ30と、静止した剛性表面15と、ユーザの身体19とを含む。この実施形態では、振動モータ30が複数のエラストマー材料60、61および62によって取り囲まれている。しかしながら、付加的なエラストマー材料60および61に加えて、付加的なエラストマー材料63および64が振動モータ30の上方および下方に配置されている。したがって、この実施形態では、振動モータがエラストマー材料60によって実質的に(又は、本質的に/essentially)取り囲まれ、封入され(enclosed)または包まれる。 FIG. 1b is a simplified schematic diagram of another
これらの実施形態は例示的なものにすぎず、ユーザ19に対する振動モータ30の周りのエラストマー材料60の他の配置を想定することができることを理解されたい。より多いまたはより少ないエラストマー配置が想定されてもよい。本発明の範囲は、全てのそのような実施形態を含むと理解されるべきである。 It should be understood that these embodiments are exemplary only and that other arrangements of
図8a~図8eは、エラストマー材料60の例示的な構造を示す。この実施形態では、エラストマー材料60が振動モータ30を実質的に取り囲んでいる。図8aおよび図8eに示されるエラストマー材料60は正方形または長方形のセル、すなわち、エラストマー材料内に開放(open)キャビティを有し、その各々は、長方形の周囲の壁によって画定される。これらのセルは一般に、図8eに601および602で示されるように、1つのより長い縦軸を有する。縦軸は、図8a~8eにおいて「高さh」とラベル付けされている。セルはまた、セルの開放面寸法を表す特性幅wと、セル壁厚tとを有することができる。 8a-8e show exemplary constructions of
セル構造が正方形である場合、このエラストマー材料の機械的特性は、実質的に等方性であってもよい。しかしながら、多くの実施形態では、異方性挙動が望ましい。非対称性を作り出すために、セルまたはボイド(又は、空隙/void)は、別のものよりも長い1つの寸法を有する可能性がある。開放ボイドはその長さまたは高さhよりも短い、開放セルのスパンを表す特徴的な横方向寸法W(上に定義される)を有する可能性がある。 If the cell structure is square, the mechanical properties of this elastomeric material may be substantially isotropic. However, in many embodiments anisotropic behavior is desirable. To create asymmetry, cells or voids (or voids/voids) can have one dimension longer than another. An open void may have a characteristic lateral dimension W (defined above) representing the span of an open cell that is less than its length or height h.
したがって、セルは縦方向の剛性よりはるかに低い、面内横断方向の1つの剛性を有する、縦列(column)を画定することができる。面内方向の動きは縦列の壁を画定する梁の曲げモーメントを伴うが、縦方向の剛性は縦列の壁材料の圧迫を伴う。いくつかの実施態様において、縦方向の剛性は、少なくとも、横方向の剛性の1.5倍である。エラストマー構造の「アスペクト比」は、セルの高さhをセルの壁の厚さtで割ったものとして定義することができる。このアスペクト比は、範囲内であってもよい Thus, the cells can define columns with one stiffness in the in-plane transverse direction that is much lower than the stiffness in the longitudinal direction. In-plane motion involves bending moments in the beams defining the walls of the column, while longitudinal stiffness involves compression of the column wall material. In some embodiments, the longitudinal stiffness is at least 1.5 times the transverse stiffness. The "aspect ratio" of an elastomeric structure can be defined as the cell height h divided by the cell wall thickness t. This aspect ratio may be in the range
エラストマー構造のセルのサイズの範囲を選択する動機付けは、哺乳動物の共振周波数と相互作用するモータの振動を与える。エラストマー構造は、その特性が上記の範囲内で調整される場合、哺乳動物共振構造への振動の伝達を驚くほど大幅に増強することが実験的に示されている。 The motivation for choosing a range of cell sizes for the elastomeric structure gives the motor vibrations to interact with the mammal's resonant frequencies. Elastomeric structures have been shown experimentally to surprisingly greatly enhance the transmission of vibrations to mammalian resonant structures when their properties are tuned within the ranges described above.
図8は、例示的なエラストマー材料60のセル構造を示す平面図である。図8bでは、セル構造はハニカム、つまり閉じた充填(packed)六角形のセル配列である。図8cは正方形または長方形のセル構造を示し、各セルは、エラストマー材料内の正方形の開口部によって画定される。図8dは、各セルが三角形の形状を含む三角形のセル構造を示す。それぞれの場合、図8b、c、dにおいて、エラストマー材料は、異なる形状のセルがエラストマー材料の壁によって取り囲まれたセル構造を有する。これらのエラストマー材料の詳細な運動学的および材料特性は、セルの形状、壁厚、閉じた構造に対する構造の比率の選択によって定義することができる。 FIG. 8 is a plan view showing the cellular structure of an exemplary
このエラストマー材料は、その剛性特性のために選択される構造を有することができる。例えば、シリコーンまたはポリジメチルシロキサン、ウレタンゴムもしくは何らかの他のタイプのゴムが、エラストマー材料60の構成に適した材料であり得る。 This elastomeric material can have a structure selected for its stiffness properties. For example, silicone or polydimethylsiloxane, urethane rubber or some other type of rubber may be suitable materials for construction of
エラストマー構造は、射出成形又は注入成形によって製造することができる。すなわち、型を形成し、シリコーンゴムを型に注入して構造を形成する。モータ30は、ハニカムエラストマー構造によって全ての側面に埋め込まれてもよい。前述のように、モータはプラスチックケーシング、次いでこのケーシングに閉じ込められ、エラストマー構造60内に埋め込まれてもよい。 Elastomeric structures can be manufactured by injection molding or injection molding. That is, a mold is formed and silicone rubber is injected into the mold to form the structure. The
従って、振動発生デバイスは、エラストマー材料60内に保持することができる。エラストマー材料(60)は高さ(h)および幅(w)および肉厚(t)、ならびに1.5~50のアスペクト比(高さ/厚さ)を有することができ、その結果、エラストマー材料がその高さ(h)に沿った方向により高い剛性を有し(in stiffer)、この剛性の方向がユーザの身体に直交して配置され、この直交方向にモータの運動量を方向的に集束させる(又は、集中させる/focused)。実際、エラストマー材料は、縦(longitudinal)軸を有するセルと、厚さを有するセル壁とを有することができ、その結果、セルの少なくとも一部が1.5:1より大きいアスペクト比(縦軸/壁厚)を有し、縦軸がユーザの表面に直交する。 Accordingly, the vibration generating device can be held within the
いくつかの実施形態では、エラストマー材料が配列されたセルの構造を有することができ、ここで、セルは、平面とその平面に直交する、縦軸に平行な縦方向を画定し、セル構造は、直交する縦方向と比較して、平面においてより柔軟であり、セル構造内のセルの少なくとも一部は約1cmの特徴的な寸法wを有し、セルの少なくとも一部は約1~5mmの厚さを有する壁を有する。他の実施形態では、エラストマー材料が密に充填された(close-packed)六角形に配置されたセルのハニカム構造を有することができ、セルは平面と、その平面に直交する縦方向とを画定し、ハニカムエラストマー構造体は直交する縦方向と比較して、平面内でより柔軟であり、セルは約1cmの特徴的な寸法を有し、セルの壁は約1~5mmの厚さを有し、これはモータ組立体の機械的振動を、自然に生じる哺乳動物共振構造に連結することが分かっている。 In some embodiments, the elastomeric material can have a structure of arranged cells, wherein the cells define a plane and a longitudinal direction orthogonal to the plane and parallel to the longitudinal axis, the cell structure comprising , is more flexible in the plane compared to the orthogonal longitudinal direction, at least some of the cells in the cell structure have a characteristic dimension w of about 1 cm, and at least some of the cells have a width of about 1-5 mm. It has walls with a thickness. In other embodiments, the elastomeric material can have a honeycomb structure of cells arranged in close-packed hexagons, the cells defining a plane and a longitudinal direction perpendicular to the plane. However, the honeycomb elastomeric structure is more flexible in the plane compared to the orthogonal longitudinal direction, with the cells having a characteristic dimension of about 1 cm and the cell walls having a thickness of about 1-5 mm. , which has been found to couple mechanical vibrations of the motor assembly to naturally occurring mammalian resonant structures.
高さ、セル幅およびセル壁厚の選択は一般に、用途の詳細に依存する。いくつかの実施形態では、高さ、幅および厚さはモータ(30)に結合されたエラストマーの振動がその後、モータ組立体の機械的振動を自然に生じる哺乳動物共振構造に効果的に結合し得るように選択され得る。上記で指定された範囲は、5~100Hzの範囲の振動が生じる可能性があり、したがって、図7aに示される共振モードの多くと重複する。 The selection of height, cell width and cell wall thickness generally depends on the details of the application. In some embodiments, the height, width and thickness are such that the vibration of the elastomer coupled to the motor (30) is effectively coupled into a mammalian resonant structure which in turn naturally produces mechanical vibrations of the motor assembly. can be selected to obtain The range specified above can result in vibrations in the range of 5-100 Hz, thus overlapping many of the resonant modes shown in FIG. 7a.
身体共鳴(又は、ボディレゾナンス/body resonance)への結合を補助することに加えて、エラストマー材料はまた、以下を含むいくつかの追加の予期しない利点をもたらす。
1 柔軟な(又は、コンプライアントな/compliant)マトリックスで静止させると、ユーザは剛性モータで皮膚をすりむかない(又は、研磨されない/not...abrading)ため、モータがより快適になる。代わりに、モータは身体の輪郭に従うことができ、モータ間のエラストマーは、身体を快適に(又は、不自由なく/comfortably)支持するのに役立つ。
2 モータの反対側の柔軟な材料は、モータが移動してスウェーデンのマッサージスタイルのチョッピング効果を作り出すことを可能にする。
3 モータが(ストラップや張った膜のような)何かの堅いものや音を発生するものに抗して動かないため、システム全体ははるかに静かである。
4 身体とモータとの間のエラストマーは、モータの衝撃を減衰させ、その結果、より低い快適な周波数で感じることができるより大きな運動量伝達を生じるより大きな偏心重みを有するより大きなモータを使用することができるようになる。In addition to assisting in coupling to body resonance (or body resonance), elastomeric materials also offer several additional and unexpected benefits, including:
1 Resting on a flexible (or compliant) matrix makes the motor more comfortable because the user is not abrading (or not abrading) the rigid motor. Instead, the motors can follow the contours of the body, and the elastomer between the motors helps support the body comfortably.
2 The flexible material on the other side of the motor allows the motor to move to create a Swedish massage-style chopping effect.
3. The whole system is much quieter because the motor does not move against anything rigid or noise-producing (like a strap or taut membrane).
4 Elastomers between the body and the motor dampen the impact of the motor, resulting in a greater momentum transfer that can be felt at lower comfortable frequencies Using larger motors with greater eccentric weights will be able to
エラストマー材料は当業界で周知のように、例えば、鋳型に注入されたシリコーンから容易に構成される。 Elastomeric materials are readily constructed, for example, from silicone injected into a mold, as is well known in the art.
上記で概説した例示的な実施形態に関連して様々な詳細を説明したが、既知であるか、又は現在予期されていないか、又は予期されていない可能性がある様々な代替形態、修正形態、変形形態、改良形態、および/または実質的な等価形態が、前述の開示を検討することによって明らかになる可能性がある。したがって、上述の例示的な実施は、限定ではなく、例示であることが意図されている。 Although various details have been described in connection with the exemplary embodiments outlined above, various alternatives, modifications that are known or may be presently unanticipated or unanticipated. , variations, modifications, and/or substantial equivalents may become apparent from a review of the foregoing disclosure. Accordingly, the exemplary implementations set forth above are intended to be illustrative, not limiting.
Claims (15)
量を測定する少なくとも1つのセンサー(65、70及び75)と、
コントローラ(110)であって、前記コントローラ(110)は、測定された前記量に基づいて前記振動の前記周波数および振幅のうちの少なくとも1つを調整することをさらに特徴とする、該コントローラと、
を備える、ユーザの身体に振動を加えるための振動発生デバイス。at least one motor comprising a first motor (30), a drive shaft (31) driven by said first motor (30), and at least one asymmetric mass (20) coupled to said drive shaft (31) A first motor assembly (100), wherein said asymmetric mass is rotated from its center to produce a vibration having a frequency and amplitude when said asymmetric mass is rotated by said first motor (30). the at least one first motor assembly coupled to the drive shaft at an offset point;
at least one sensor (65, 70 and 75) for measuring quantity;
a controller (110), further characterized in that said controller (110) adjusts at least one of said frequency and amplitude of said vibration based on said measured quantity;
A vibration generating device for applying vibrations to a user's body, comprising:
第2の駆動軸(33)に連結された、少なくとも1つの第2の非対称塊(22)と共に第2の周波数で回転する、少なくとも1つの第2のモータ(32)を含み、前記第2のモータ(32)は、前記第1のモータ(30)に機械的に連結されて少なくとも1つのモータ対組立体(100’)を規定し、前記モータ対組立体(100’)は第1及び第2の前記周波数に基づいてうなり干渉振動を生成することを特徴とし、前記うなり干渉パターンは治療的振動を規定する特性周波数および振幅を有する、請求項1に記載の振動発生デバイス。The first motor assembly further includes:
at least one second motor (32) rotating at a second frequency with at least one second asymmetric mass (22) coupled to a second drive shaft (33); A motor (32) is mechanically coupled to said first motor (30) to define at least one motor pair assembly (100'), said motor pair assembly (100') comprising first and second 2. A vibration generating device according to claim 1, characterized in that it generates beat interference vibrations based on two said frequencies, said beat interference pattern having characteristic frequencies and amplitudes defining therapeutic vibrations.
前記入力信号を解析して、解析された信号と、前記解析された信号に基づくモータ駆動波形とを生成する、少なくとも1つの信号アナライザ(112)とを、さらに含み、
前記コントローラ(110)は前記モータ駆動波形を使用して、前記第1のモータ組立体(100)および前記連結されたモータ対組立体(100’)のうちの少なくとも1つを制御し、前記入力信号に基づいて前記振動を生成して、前記システムが前記入力信号に基づいた前記振動を前記ユーザの身体の少なくとも一部に加えるようにプログラムされている、請求項1~11のいずれかに記載の振動発生デバイス。an input signal (40-48), the input signal being directed to or from a user;
further comprising at least one signal analyzer (112) that analyzes the input signal to generate an analyzed signal and a motor drive waveform based on the analyzed signal;
The controller (110) uses the motor drive waveforms to control at least one of the first motor assembly (100) and the coupled motor pair assembly (100'); 12. Any of claims 1-11, wherein the system is programmed to generate the vibration based on a signal and apply the vibration to at least part of the user's body based on the input signal. vibration generating device.
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