JP3600862B2 - Electrical stimulator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下垂足患者の運動機能補助又は運動機能回復などのために好適な電気刺激装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
脳血管障害による片麻痺の後遺症に、下垂足と呼ばれるものがある。下垂足患者においては、足関節の背屈筋群の弛緩、底屈筋群の亢進により、足関節の背屈が困難になっている。そのため歩行遊脚時に、健常者では背屈筋群の収縮により足関節が背屈しスムーズに脚が振り出されているのに対し、下垂足患者では、足関節が背屈せず爪先が接地してしまう。この「引きずり歩行」のために患者の歩行は困難なものになっている。
【0003】
図8は、従来検討されている電気刺激装置の構成を示す図である。電極E21,E22は筋活動を拾いたい筋肉の筋腹に、電極E23は、任意の位置に配置される。患者でも筋肉を動かそうとすると微小な随意筋電が出るので、電極E21,E22はその随意筋電を検出するためのものである。電極E23をグランド電極として、電極E21,E22で検出された目的となる筋肉の随意筋電信号は、入力保護抵抗R11,R12を介して計測増幅器61に入力される。また、計測増幅器61が飽和しないようにダイオードD11,D12により約±0.5Vにリミットされる。その後、帯域300−450Hzを有する数段の多段増幅器62によりマイコン63により認識できる程度の大きさまで増幅され、マイコン63のA/D変換入力PINから、サンプリング周波数1KHzにより取り込まれる。マイコン63は、随意筋電の振幅に比例した幅のパルスを出力して刺激手段64を制御する。刺激パルスは、双極性パルスで、陽極パルスと陰極パルスは、パルス幅、振幅は同一である。刺激パルス振幅は約100Vであり、パルス幅は50μs−1msの間で調整され、その幅が大きくなるほど、強い刺激となる。刺激パルス周期は50msであり、パルスが印加されるタイミングでフォトモスリレーSW1,SW2はオンとなり、刺激パルスを電極E21,E22に導通する。刺激パルスが印加されていない時はフォトモスリレーSW1,SW2はオフとなり、刺激手段64側からのノイズの混入を防ぐと同時に、電極E21,E22の電極間の短絡を防ぐ役目を果たしている。また、フォトモスリレーSW1,SW2はマイコン63によりオンーオフのタイミングを制御される。振幅100Vと、アイソレーションを同時に実現する手段として刺激手段64としてはトランスが適する。しかし、チャージポンプ昇圧回路によるHブリッジ回路などとすることも可能である。その際には、トランジスタの部分にフォトトランジスタやフォトモスリレーを用いるとアイソレーションされて良い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術では、次の問題点があった。
随意筋電を検出するためには1対の電極両方を筋腹上に配置することが望ましいが、電極の片方は電気刺激の効率を考え神経上に配置しなければならない。このため、本来数 cm 以上は離してはいけないはずの随意筋電を検出する電極間の距離が離れてしまい、目的とする筋肉だけでなく不随意活動の大きい他の筋肉からの随意筋電を検出してしまう。
図9は、従来の多チャンネル型の電気刺激装置の構成を示す図である。今まで説明した回路に、更に、多くの刺激出力を得ることも可能である。従来の技術として、刺激パルス電圧の少ない埋め込み電極の電気刺激では、増幅器などの出力を直接刺激パルスとして使用でき、多チャンネル化が容易であったが、100V程度の刺激パルス電圧を必要とする皮膚表面からの電気刺激では、図9に示すように、電極E31,E32に接続される刺激手段71、電極E33,E34に接続される刺激手段72、電極E35,E36に接続される刺激手段73のように、チャンネル毎にトランスによる昇圧回路が必要であり、装置本体の大型化重量化が避けられなかった。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑み、刺激信号を加えるための1つのトランス等で3以上の電極に独立に刺激信号を加えることができる電気刺激装置を提供することを目的とする。
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気刺激装置は、皮膚表面に配置される3以上の電極と、該3以上の電極の内の2つの第1電極間の信号に基づいて刺激信号を制御する制御手段と、前記3以上の電極の内の前記第1電極以外の1つの第2電極に一方の端子が接続されている出力を有し前記制御手段により制御される信号を出力する刺激手段と、該刺激手段の出力の他方の端子と前記3以上の電極の内の前記電極以外の電極とを順次接続する複数のリレーとを備える。
【0013】
また、本発明の電気刺激装置は、皮膚表面に配置される5以上の電極と、該5以上の電極の内の複数組の第3電極間の信号に基づいて刺激信号を制御する制御手段と、前記5以上の電極の内の前記第3電極以外の1つの第4電極に一方の端子が接続されている出力を有し前記制御手段により制御される信号を出力する刺激手段と、該刺激手段の出力の他方の端子に一端が接続され他端と順次接続する複数のリレーと、該リレーの他端に接続され、かつ、少なくとも1つのリレーに対して1組の前記第3電極と接続される組のスイッチを備える。これにより、小型軽量化され、日常的に体に装着することを現実のものとした。
また、前記スイッチが、ダイアックであることで、受動的切り替えが可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明の前提となる電気刺激装置の構成を示す図である。本電気刺激装置は、主に電極E1,E2,E3、入力保護抵抗R1,R2、計測増幅器11、多段増幅器12、マイコン13、刺激手段14、ダイアックD1,D2から成る。電極E1,E2により検出された微弱な随意筋電は入力保護抵抗R1,R2を介して計測増幅器11に入力されて増幅され、更に、多段増幅器12によりマイコン13が認識できる程度まで増幅され、A/D変換入力PINからマイコン13に取り込まれる。マイコン13では、信号処理を行って随意筋電量を算出し、その大きさに応じた幅のパルスを出力して刺激手段14を制御する。刺激手段14はダイアックD1,D2を介して電極E1,E2に対して刺激を加え、更に、直接電極E3に対して刺激を加える。
【0016】
電極E1,E2は、筋活動を取得すべき筋肉の筋腹の皮膚表面に配置され、患者が筋肉を動かそうとした時に発生する微弱な随意筋電を検出すると共に、刺激信号を皮膚から筋肉に与えるための電極として機能する。
【0017】
電極E3は、刺激したい筋肉の筋腹又は神経上の皮膚表面に配置され、グランド電極として、及び、刺激信号を皮膚から筋肉又は神経に与えるための電極として機能する。
【0018】
入力保護抵抗R1,R2は、刺激信号を電極E1,E2に印加する際に計測増幅器11を保護する。
【0019】
計測増幅器11は、電極E1,E2が取得した随意筋電を入力保護抵抗R1,R2を介して受けてその微弱な随意筋電を増幅する。
【0020】
多段増幅器12は、計測増幅器11が増幅した随意筋電を受けてマイコン13が認識できる程度まで増幅する。
【0021】
図2は、マイコンの信号処理を説明する波形図である。初段が刺激パルス信号であり、60ms毎に印加される刺激パルス波形2つをもって1組とし、2つの刺激波形は、同一である。したがって、刺激波形は120ms毎に更新される。マイコン13の入力ではA/D変換入力PINから随意筋電が取り込まれサンプリング周期1msでサンプリングされてデジタル変換される。その波形は、2段目に示すように、刺激信号及びアーチファクトにM波を含む筋電が重畳した信号となっている。刺激信号は60ms周期の初めに入力され、その振幅は随意筋電と比べて極めて大きく、かつ、その後の信号処理には必要ない信号であるのでるので、振幅が所定値以上に大きくならないように2つのダイアックによりリミットされる。60ms毎の2つの刺激波形が同一であるので、対応する60ms毎の2つのアーチファクト及びM波も同一になり、それらの差分をとることでアーチファクト及びM波を相殺して随意筋電による成分だけを抽出することができる。ただし、60ms周期の初めからしばらく(およそ20ms)は不安定であるので、周期の終わり近く(下記例では15msとしたが、より広くすることもできる)を選択して差分をとることで安定的に随意筋電による成分を抽出することができる。その際に周期を60ms、すなわち、20msの整数倍としているので20ms(50Hz)のハムノイズを除去することができる。サンプリング周期を1ms、この信号の刺激波形が更新される時点を1として、1周期目の信号をa(1),a(2)・・・a(60)、2周期目の信号をa(61),a(62)・・・a(120)とすると、
b(n)=a(n)-a(n-60); 104≦n≦119
b(n)=0; 1≦n≦103,n=120
としたものが3段目の信号処理後の波形となる。n=120のデータを使わないのは、マイコン14が次の刺激強度の演算を行っており、演算処理には値として反映できないためである。この信号処理により、随意筋電以外の刺激及び刺激起因のアーチファクト、周期20msのハムノイズ、M波が除去される。その後、マイコン13はb(n)の最大値−最小値を算出し、その大きさに応じた幅のパルスを出力して刺激手段14を制御する。これにより次の刺激の強度を決定する。刺激周期は、信号処理手法が同様であれば、60msに限定されない。
【0022】
刺激手段14は、電極E1,E2,E3に対して刺激信号を加える。電極E1,E2に対してはダイアックD1,D2を介して、電極E3に対しては直接に刺激信号を加える。負電荷パルスが印加されたタイミングの電極が関電極(筋肉を収縮させるための電極)、もう一方が不関電極となり、刺激パルス振幅は約100Vである。パルス幅は0−1msの間で調整できるが、実際に筋肉に刺激を加える50μs−1msの間で調整され、その幅が大きくなるほど、強い刺激となる。
【0023】
ダイアックD1,D2は、筋電検出時に刺激手段14から電極E1,E2を分離し、刺激手段14側からのノイズの混入を防ぐと同時に、電極E1,E2,E3の電極間の短絡を防ぐ役目を果たしている。つまり、ダイアックD1,D2端子間が降下電圧(約0.5V以上)になると端子間が導通されるが、刺激パルスの印加が終了し、降下電圧以下になると絶縁される。また、計測増幅器11の差動入力が過大にならないようにダイアックD1,D2は約±1V(2つの直列のダイアック分=2×0.5V)でリミットする。このため従来は必要とされた図8に示すダイオードD11,D12を省略することができる。
【0024】
【0025】
図3は、本発明の第実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。電極E7をグランド電極として刺激手段31にリレーSWa1、SWa2、SWa3を介して電極E4、E5、E6を接続する。刺激手段31の1つのトランスの出力(2次側)を大電圧スイッチング可能なフォトモスリレーなどのリレーSWa1、SWa2、SWa3で順次切り替えることにより、1つのトランスで多チャンネルの刺激出力を得ることができる。
【0026】
図4は、第実施の形態のリレーの切り替え方法を説明する波形図である。最初リレーSWa1を3msONとし、トランスからグランド電極E7と電極E4への刺激パルスを導通し、その後、リレーSWa2,SWa3,・・・を順次1.5ms毎に切り替え、その間に電極E5,E6,・・・へ刺激パルスを導通する。全てのチャンネルに刺激を導通した後、全てのリレーをONとし、全電極E4,E5,E6,・・・間を短絡させ、電極E4,E5,E6,・・・上に残留している電荷を放電する。
【0027】
図5は、本発明の第実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。電極E15をグランド電極として刺激手段53にリレーSWb1を介してダイアックD5,D6を接続し、更に、電極E11,E12を接続する。その電極E11,E12と並列に接続される入力保護抵抗R5,R6を介して計測増幅器51を接続する。同様に、リレーSWb2、ダイアックD7,D8、電極E13,E14、入力保護抵抗R7,R8、計測増幅器52を多チャンネルに接続する。このようにまず、1つのリレーSWb1,SWb2,・・・に複数の電極E11,E12,E13,・・・を接続することで、刺激出力チャンネルを増加させることができる。さらに、リレーSWb1,SWb2,・・・とダイアックD5,D6,D7・・・を併用して刺激チャンネルの出力として、今回開発した検出兼刺激回路を接続すれば、刺激出力チャンネルを増加させると同時に、筋電検出チャンネルも増加させることができる。従来の手法であれば、リレーの数が膨大となり制御が困難になることが考えられたが、ダイアックを採用したため受動的切り替えが可能となり、筋電検出部位の多チャンネル化が容易となる。
【0028】
図6は、本発明の第実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。本実施の形態は第実施の形態の刺激手段としてチャージポンプ昇圧回路を用いたものである。刺激手段81の陽極に電極E44をグランド電極として配置する。刺激手段81の陰極にリレーSWc1を配置し、更にそこから、リレーSWc2,SWc3,SWc4,SWc5・・・を介してグランド電極E44、電極E41,E42,E43・・・を接続する。
【0029】
図7は、第実施の形態のリレーの切り替え方法を説明する波形図である。刺激印加時は、リレーSWc1をON、リレーSWc2をOFFとした状態で、リレーSWc3,SWc4・・・を順次所望のパルス幅で負電荷を導通する。全てのチャンネルに刺激を与えた後、リレーSWc1をOFFとした状態で他のすべてのリレーSWc2,SWc3,SWc4,SWc5・・・をONとし、刺激陰極出力から切り離した状態で全電極E41,E42,E43,E44・・・間を短絡させ、全電極E41,E42,E43,E44・・・上に残留している電荷を放電する。
【0030】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【0031】
図1に示される構成において、ダイアックD1,D2はマイコン13にそのON、OFFが制御されるリレーであっても良い。
【0032】
本発明は下垂足患者のためのものに限られず、上肢、その他の筋肉運動補助具として用いることもできる。
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【発明の効果】
以上のように、請求項1記載の本発明によれば、少ない電極数によって目的とする筋肉の筋電を検出し、かつ、目的とする筋肉又は神経を刺激するのに適する位置に電極を配置した上で刺激信号を加えるための1つのトランス等で3以上の電極に独立に刺激信号を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の前提となる電気刺激装置の構成を示す図である。
【図2】マイコンの信号処理を説明する波形図である。
【図3】本発明の第実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。
【図4】第実施の形態のリレーの切り替え方法を説明する波形図である。
【図5】本発明の第実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。
【図6】本発明の第実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。
【図7】第実施の形態のリレーの切り替え方法を説明する波形図である。
【図8】従来検討されている電気刺激装置の構成を示す図である。
【図9】従来の多チャンネル型の電気刺激装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
11,51,52,61 計測増幅器
12,62 多段増幅器
13,63 マイコン
14,31,53,64,71,72,73,81 刺激手段
D1,D2,D5,D6,D7,D8 ダイアック
D11,D12 ダイオード
E1,E2,E3,E4,E7,E11,E12,E13,E14,E21,E22,E23,E31,E32,E33,E34,E35,E36,E41,E42,E43,E44 電極
R1,R2,R5,R6,R7,R8,R11,R12 入力保護抵抗
SW1,SW2,SWa1,SWa2,SWa3,SWb1,SWb2,SWc1,SWc2,SWc3,SWc4,SWc5 リレー
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrical stimulator suitable for assisting motor function or recovering motor function of a drop foot patient.
[0002]
[Prior art]
One of the sequelae of hemiplegia due to cerebrovascular disease is what is called a drop foot. In patients with drop foot, dorsiflexion of the ankle joint becomes difficult due to relaxation of the dorsiflexor muscle group of the ankle joint and enhancement of the plantar flexor muscle group. For this reason, while walking, the ankle joint dorsiflexes due to contraction of the dorsiflexor muscles and the leg swings smoothly in a healthy person, whereas in a drop foot patient, the ankle joint does not dorsiflex and the toe touches the ground. . This “dragging walking” makes it difficult for the patient to walk.
[0003]
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an electric stimulator that has been conventionally studied. The electrodes E21 and E22 are arranged on the muscle belly of the muscle whose muscle activity is to be picked up, and the electrode E23 is arranged at an arbitrary position. Even if the patient tries to move the muscle, minute voluntary myoelectricity is generated, and the electrodes E21 and E22 are for detecting the voluntary myoelectricity. Using the electrode E23 as a ground electrode, the voluntary myoelectric signal of the target muscle detected by the electrodes E21 and E22 is input to the measurement amplifier 61 via the input protection resistors R11 and R12. The diodes D11 and D12 limit the voltage to about ± 0.5 V so that the measurement amplifier 61 does not saturate. Thereafter, the signal is amplified by a multistage amplifier 62 having a band of 300 to 450 Hz to a size that can be recognized by the microcomputer 63, and is taken in from the A / D conversion input PIN of the microcomputer 63 at a sampling frequency of 1 KHz. The microcomputer 63 controls the stimulating means 64 by outputting a pulse having a width proportional to the amplitude of the voluntary myoelectric potential. The stimulation pulse is a bipolar pulse, and the anode pulse and the cathode pulse have the same pulse width and amplitude. The stimulus pulse amplitude is about 100 V and the pulse width is adjusted between 50 μs-1 ms, the larger the width, the stronger the stimulus. The stimulation pulse cycle is 50 ms, and at the timing when the pulse is applied, the photo MOS relays SW1 and SW2 are turned on, and the stimulation pulse is conducted to the electrodes E21 and E22. When the stimulus pulse is not applied, the photo MOS relays SW1 and SW2 are turned off, thereby preventing the noise from the stimulating means 64 from being mixed and also preventing the short circuit between the electrodes E21 and E22. The microcomputer 63 controls ON / OFF timing of the photo MOS relays SW1 and SW2. A transformer is suitable as the stimulating means 64 as means for simultaneously realizing the amplitude of 100 V and the isolation. However, it is also possible to use an H bridge circuit using a charge pump booster circuit. In that case, if a phototransistor or a photo MOS relay is used for the transistor portion, the transistor may be isolated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described related art has the following problems.
In order to detect voluntary myoelectricity, it is desirable to arrange both electrodes on the muscle abdomen, but one of the electrodes must be arranged on the nerve in consideration of the efficiency of electrical stimulation. For this reason, the distance between the electrodes that detect voluntary myoelectricity that should not be separated by more than a few centimeters is large, so that voluntary myoelectricity from not only the target muscle but also other muscles with large involuntary activity is detected. Would.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional multi-channel type electric stimulator. It is also possible to obtain more stimulus outputs from the circuits described so far. As a conventional technique, in the case of electrical stimulation of an implanted electrode having a small stimulation pulse voltage, the output of an amplifier or the like can be used directly as a stimulation pulse, and it is easy to increase the number of channels. In the electrical stimulation from the surface, as shown in FIG. 9, the stimulation means 71 connected to the electrodes E31 and E32, the stimulation means 72 connected to the electrodes E33 and E34, and the stimulation means 73 connected to the electrodes E35 and E36. As described above, a booster circuit using a transformer is necessary for each channel, and the increase in the size and weight of the apparatus main body was unavoidable.
[0005]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electric stimulator capable of independently applying a stimulus signal to three or more electrodes with one transformer for applying a stimulus signal.
[0006]
[0007]
[0008]
[0009]
[0010]
[0011]
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Electrostimulation device of the present invention includes a control means for controlling the stimulation signal based on the signal between the two first electrodes of the three or more electrodes and, the three or more electrodes placed on the skin surface, the three Stimulating means for outputting a signal controlled by the control means, the stimulating means having an output having one terminal connected to one second electrode other than the first electrode among the above electrodes, and an output of the stimulating means And a plurality of relays for sequentially connecting the other terminal of the third electrode and the electrodes other than the second electrode among the three or more electrodes .
[0013]
The electrical stimulating device of the present invention further includes a control unit that controls a stimulus signal based on signals between five or more electrodes disposed on the skin surface and a plurality of sets of third electrodes among the five or more electrodes. Stimulating means having an output having one terminal connected to one fourth electrode of the five or more electrodes other than the third electrode, and outputting a signal controlled by the control means; and a plurality of relays end to the other terminal of the output means you sequentially connected to the other end is connected, is connected to the other end of the relay, and a set of the third electrode to at least one relay and a set of switches connected. Thereby, it is reduced in size and weight, and it is made to be worn on the body on a daily basis.
In addition, since the switch is a diac, passive switching becomes possible.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electrical stimulating device on which the present invention is based . This electrical stimulator, mainly electrodes E1, E2, E3, input protection resistors R1, R2, instrumentation amplifier 11, the multi-stage amplifier 12, microcomputer 13, the stimulation means 14, consisting of a diac D1, D2. The weak voluntary electromyogram detected by the electrodes E1 and E2 is input to the measurement amplifier 11 via the input protection resistors R1 and R2 and amplified, and further amplified by the multistage amplifier 12 to such an extent that the microcomputer 13 can recognize it. It is taken into the microcomputer 13 from the D conversion input PIN. The microcomputer 13 performs signal processing to calculate the voluntary electromyogram, and outputs a pulse having a width corresponding to the magnitude to control the stimulating means 14. The stimulating means 14 applies a stimulus to the electrodes E1 and E2 via the diacs D1 and D2, and further directly applies a stimulus to the electrode E3.
[0016]
The electrodes E1 and E2 are arranged on the skin surface of the muscular abdomen of the muscle to acquire muscle activity, detect weak voluntary myoelectricity generated when the patient tries to move the muscle, and apply a stimulation signal from the skin to the muscle. It functions as an electrode for giving.
[0017]
The electrode E3 is disposed on the skin surface above the muscle belly or nerve of the muscle to be stimulated, and functions as a ground electrode and as an electrode for applying a stimulation signal from the skin to the muscle or nerve.
[0018]
The input protection resistors R1 and R2 protect the measurement amplifier 11 when applying a stimulus signal to the electrodes E1 and E2.
[0019]
The measurement amplifier 11 receives the voluntary electromyogram acquired by the electrodes E1 and E2 via the input protection resistors R1 and R2, and amplifies the weak voluntary electromyogram.
[0020]
The multi-stage amplifier 12 receives the optional myoelectric signal amplified by the measurement amplifier 11 and amplifies it to such an extent that the microcomputer 13 can recognize it.
[0021]
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating signal processing of the microcomputer. The first stage is a stimulus pulse signal. Two stimulus pulse waveforms applied every 60 ms constitute one set, and the two stimulus waveforms are the same. Therefore, the stimulus waveform is updated every 120 ms. At the input of the microcomputer 13, voluntary myoelectricity is taken in from the A / D conversion input PIN, sampled at a sampling period of 1 ms, and converted into a digital signal. As shown in the second row, the waveform is a signal in which a myoelectric signal including an M wave is superimposed on the stimulus signal and the artifact. The stimulus signal is input at the beginning of the 60 ms cycle, and its amplitude is extremely large compared to the voluntary myoelectricity, and is a signal that is not necessary for subsequent signal processing. Limited by two diacs. Since the two stimulus waveforms every 60 ms are the same, the corresponding two artifacts and the M wave every 60 ms are also the same, and by taking the difference between them, the artifact and the M wave are canceled out and only the component due to voluntary myoelectricity is removed. Can be extracted. However, since it is unstable for a while (approximately 20 ms) from the beginning of the 60 ms period, it is stable by selecting near the end of the period (15 ms in the following example, but it can be made wider) and taking the difference. A component due to voluntary myoelectricity can be extracted. At that time, the period is set to 60 ms, that is, an integral multiple of 20 ms, so that hum noise of 20 ms (50 Hz) can be removed. The sampling period is 1 ms, and the time when the stimulus waveform of this signal is updated is 1, and the signal of the first cycle is a (1), a (2)... A (60), and the signal of the second cycle is a ( 61), a (62) ・ ・ ・ a (120)
b (n) = a (n) -a (n-60); 104 ≦ n ≦ 119
b (n) = 0; 1 ≦ n ≦ 103, n = 120
Is the waveform after the third-stage signal processing. The reason why the data of n = 120 is not used is that the microcomputer 14 performs the calculation of the next stimulus intensity and cannot be reflected as a value in the calculation process. By this signal processing, stimuli other than voluntary myoelectricity, artifacts caused by the stimuli, hum noise having a period of 20 ms, and M waves are removed. Thereafter, the microcomputer 13 calculates the maximum value-minimum value of b (n), outputs a pulse having a width corresponding to the magnitude, and controls the stimulating means 14. This determines the intensity of the next stimulus. The stimulation cycle is not limited to 60 ms as long as the signal processing method is the same.
[0022]
The stimulating means 14 applies a stimulating signal to the electrodes E1, E2, E3. A stimulus signal is directly applied to the electrodes E1 and E2 via the diacs D1 and D2 and to the electrode E3. The electrode at the timing to which the negative charge pulse is applied is the related electrode (electrode for contracting muscle), and the other is the unrelated electrode, and the stimulation pulse amplitude is about 100V. The pulse width can be adjusted between 0 and 1 ms, but is adjusted between 50 μs and 1 ms to actually apply a stimulus to the muscle, and the larger the width, the stronger the stimulus.
[0023]
The diacs D1 and D2 separate the electrodes E1 and E2 from the stimulating means 14 when the myoelectricity is detected, thereby preventing the noise from the stimulating means 14 from being mixed and the short circuit between the electrodes E1, E2 and E3. Plays. In other words, when the voltage between the terminals of the diacs D1 and D2 becomes a drop voltage (about 0.5 V or more), the terminals are electrically connected. The diacs D1 and D2 are limited to about ± 1 V (two serial diacs = 2 × 0.5 V) so that the differential input of the measurement amplifier 11 does not become excessive. For this reason, the diodes D11 and D12 shown in FIG. 8 which were conventionally required can be omitted.
[0024]
[0025]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the electrical stimulation device according to the first embodiment of the present invention. The electrodes E4, E5 and E6 are connected to the stimulating means 31 via the relays SWa1, SWa2 and SWa3 with the electrode E7 as a ground electrode. By sequentially switching the output (secondary side) of one transformer of the stimulating means 31 with relays SWa1, SWa2, and SWa3 such as a photo MOS relay capable of high voltage switching, it is possible to obtain a stimulus output of multiple channels with one transformer. it can.
[0026]
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining a relay switching method according to the first embodiment. First, the relay SWa1 is turned on for 3 ms, conduction of a stimulus pulse from the transformer to the ground electrode E7 and the electrode E4 is performed, and then the relays SWa2, SWa3,... Are sequentially switched every 1.5 ms, during which the electrodes E5, E6,.・ ・ Stimulate the stimulation pulse. After conducting the stimulus to all the channels, all the relays are turned ON, all the electrodes E4, E5, E6,... Are short-circuited, and the electric charges remaining on the electrodes E4, E5, E6,. To discharge.
[0027]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the electrical stimulation device according to the second embodiment of the present invention. Diacs D5 and D6 are connected to stimulating means 53 via relay SWb1 using electrode E15 as a ground electrode, and electrodes E11 and E12 are further connected. The measurement amplifier 51 is connected via input protection resistors R5 and R6 connected in parallel with the electrodes E11 and E12. Similarly, the relay SWb2, the diacs D7 and D8, the electrodes E13 and E14, the input protection resistors R7 and R8, and the measurement amplifier 52 are connected to multiple channels. Thus, first, by connecting the plurality of electrodes E11, E12, E13,... To one relay SWb1, SWb2,. Furthermore, if the detection and stimulation circuit developed this time is connected as a stimulus channel output by using the relays SWb1, SWb2,... And the diacs D5, D6, D7. Also, the number of myoelectric detection channels can be increased. In the case of the conventional method, it was considered that the number of relays became enormous and control became difficult. However, the adoption of the diac enables passive switching, and facilitates multichanneling of the myoelectric detection site.
[0028]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the electric stimulator according to the third embodiment of the present invention. The present embodiment uses a charge pump booster circuit as the stimulating means of the first embodiment. The electrode E44 is arranged on the anode of the stimulating means 81 as a ground electrode. The relay SWc1 is arranged on the cathode of the stimulating means 81, and the ground electrode E44 and the electrodes E41, E42, E43,... Are connected therefrom via the relays SWc2, SWc3, SWc4, SWc5.
[0029]
FIG. 7 is a waveform diagram illustrating a relay switching method according to the third embodiment. When the stimulus is applied, the relay SWc1 is turned on and the relay SWc2 is turned off, and the relays SWc3, SWc4,... After applying the stimulus to all the channels, all the relays E41 and E42 are turned on while all the other relays SWc2, SWc3, SWc4, SWc5. , E43, E44,... Are short-circuited, and electric charges remaining on all the electrodes E41, E42, E43, E44,.
[0030]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment.
[0031]
In configurations where Ru shown in FIG. 1, the diac D1, D2 is the ON to the microcomputer 13 may be a relay OFF is controlled.
[0032]
The present invention is not limited to a patient with a drop foot and can be used as an upper limb or other muscle exercise aid.
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the myoelectricity of a target muscle is detected with a small number of electrodes, and the electrodes are arranged at positions suitable for stimulating the target muscle or nerve. Then, the stimulation signal can be independently applied to three or more electrodes by one transformer or the like for applying the stimulation signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric stimulating device on which the present invention is based .
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating signal processing of a microcomputer.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the electrical stimulation device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a method for switching a relay according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an electric stimulator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an electric stimulator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a waveform diagram illustrating a relay switching method according to a third embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an electric stimulator that has been studied in the past.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional multi-channel type electric stimulator.
[Explanation of symbols]
11, 51, 52, 61 Measurement amplifier 12, 62 Multistage amplifier 13, 63 Microcomputer 14, 31, 53, 64, 71, 72, 73, 81 Stimulation means D1, D2, D5, D6, D7, D8 Diac D11, D12 Diodes E1, E2, E3, E4, E7, E11, E12, E13, E14, E21, E22, E23, E31, E32, E33, E34, E35, E36, E41, E42, E43, E44 Electrodes R1, R2, R5 , R6, R7, R8, R11, R12 Input protection resistors SW1, SW2, SWa1, SWa2, SWa3, SWb1, SWb2, SWc1, SWc2, SWc3, SWc4, SWc5 Relay

Claims (3)

皮膚表面に配置される3以上の電極と、
該3以上の電極の内の2つの第1電極間の信号に基づいて刺激信号を制御する制御手段と、
前記3以上の電極の内の前記第1電極以外の1つの第2電極に一方の端子が接続されている出力を有し前記制御手段により制御される信号を出力する刺激手段と、
該刺激手段の出力の他方の端子と前記3以上の電極の内の前記電極以外の電極とを順次接続する複数のリレーと
を備えることを特徴とする電気刺激装置。
Three or more electrodes placed on the skin surface;
Control means for controlling a stimulation signal based on a signal between two first electrodes of the three or more electrodes ;
A stimulating unit that has an output whose one terminal is connected to one second electrode other than the first electrode among the three or more electrodes, and outputs a signal controlled by the control unit;
An electric stimulating apparatus comprising: a plurality of relays for sequentially connecting the other terminal of the output of the stimulating means and an electrode other than the second electrode among the three or more electrodes .
皮膚表面に配置される5以上の電極と、
該5以上の電極の内の複数組の第3電極間の信号に基づいて刺激信号を制御する制御手段と、
前記5以上の電極の内の前記第3電極以外の1つの第4電極に一方の端子が接続されている出力を有し前記制御手段により制御される信号を出力する刺激手段と、
該刺激手段の出力の他方の端子に一端が接続され他端と順次接続する複数のリレーと、
該リレーの他端に接続され、かつ、少なくとも1つのリレーに対して1組の前記第3電極と接続される組のスイッチ
を備えることを特徴とする電気刺激装置。
Five or more electrodes placed on the skin surface,
Control means for controlling a stimulation signal based on a signal between a plurality of sets of third electrodes among the five or more electrodes ;
Stimulating means for outputting a signal controlled by the control means, the stimulating means having an output of which one terminal is connected to one fourth electrode other than the third electrode among the five or more electrodes ,
A plurality of relays you turn connected to the other end one end connected to the other terminal of the output of the stimulus means,
Connected to the other end of the relay, and the electrical stimulation device, characterized in that it comprises a <br/> a set of switches connected to a set of the third electrode to at least one relay.
前記スイッチが、ダイアックであることを特徴とする請求項2記載の電気刺激装置。The electrical stimulator according to claim 2, wherein the switch is a diac.
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