JP5708443B2

JP5708443B2 - 生体刺激装置

Info

Publication number: JP5708443B2
Application number: JP2011238671A
Authority: JP
Inventors: 辰之小林
Original assignee: Techno Link Co Ltd
Current assignee: Techno Link Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013094346A

Description

本発明は、超短波帯の電磁波を刺激信号として利用することで、生体組織を局所的に加温する生体刺激装置に関する。

従来、生体組織への局所的な加温を目的としたものには、もぐさや電熱ヒーター，ハロゲンランプなどの赤外線を利用した装置が知られている。これらは何れも、熱源から経皮的に熱を加えるため火傷を起こし易く、生体深部へ必要な熱量を供給することは不可能であった。

また、生体深部への加熱を目的として、極超短波を利用したマイクロ波治療器が知られている。しかし、加温領域を小面積（例えば１cm^２以下）に限定することができず、目標治療部位を中心にその周辺部まで加温するような、所謂ツボ治療などを目的としたポイント治療ができなかった。

一方、上記赤外線や極超短波を利用した治療器に代わって、超短波を利用した超短波治療器も知られている。通常の超短波治療器は、生体患部を挟みこむように２個の電極を装着し、その間に流れる高周波電流で温めるもの（特許文献１を参照）や、１個の比較的大きなコイル型電極で誘導電流を流し温めるもの（特許文献２を参照）や、１個の小型治療電極と大きなアース電極の間に流れる高周波電流で、治療電極側のみを温めるものなどがある。

特開２００７−５２０号公報特開２００６−３３３９３７号公報

しかし、一方の電極から他方の電極へ高周波電流を流すコンデンサ方式の超短波治療器では、生体患部を挟んで電極を２個必要とし、それぞれの電極を動かしながら広範囲に加温することも難しい。また、生体に誘導電流を流すコイル方式では、芯材に導線を螺旋状に巻回するので、電極の小型化が難しい。このように、従来の超短波治療器による生体刺激装置では、局所的部位から広範囲にわたり効果的に加温することが困難であり、施術者の意とする治療ができなかった。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、１個の電極だけで生体組織を局所的から広範囲に幅広く容易に加温できる生体刺激装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、発振信号を増幅して超短波帯の電磁波からなる刺激信号を出力する増幅手段と、前記刺激信号を生体に印加するコンデンサ型の電極と、前記増幅手段と前記電極とのインピーダンス整合を行なうマッチング手段とを備え、前記マッチング手段と前記電極との間を波長同調型給電線により接続し、この波長同調型給電線の一方の線路を前記電極に接続するとともに、他方の線路をアンテナとした生体刺激装置である。

請求項２の発明は、請求項１の発明に加えて、前記刺激信号を伝送する線路の反射波を監視する監視手段と、操作手段と、をさらに備え、前記操作手段から前記刺激信号の出力開始を指示する操作信号を受け取ると、前記監視手段からの監視出力により、前記反射波が所定値よりも少なければ、予め設定した電力で前記刺激信号を出力するように、前記増幅手段を構成している。

請求項３の発明は、請求項２の発明に加えて、前記刺激信号の出力中に前記監視手段からの監視出力を常時取り込み、前記反射波が所定値以上になると、前記予め設定した電力よりも少ない電力で前記刺激信号を出力するように、前記増幅手段を構成している。

請求項１の発明では、増幅手段により増幅された刺激信号は、波長同調型給電線を通して電極に印加されるが、その電極から生体に達した刺激信号は、アンテナに戻る。そのため、生体患部に２個の電極をわざわざ挟みこまなくても、１個の電極だけで生体組織を局所的から広範囲に幅広く容易に加温できる。

請求項２の発明では、刺激信号の出力開始時に、予め設定した電力で無条件に刺激信号を出力するのではなく、監視手段からの監視出力を利用して、電極からの反射波が所定値よりも少なく、電極や生体を含めた負荷の状態に異常がないことを確認した場合に限り、予め設定した電力で刺激信号を出力することができる。そのため、電極に異常な電圧が発生しにくく、火花放電などによる無用な電撃や火傷を回避でき、生体刺激装置としての安全性を高めることができる。

請求項３の発明では、刺激信号の出力中は、増幅手段が監視手段からの監視出力を常時取り込んでおり、例えば負荷側で異常が発生したり、電極が生体から離れたりして、反射波が所定値以上になると、増幅手段が刺激信号の電力を瞬時に低減させることができる。そのため、さらに安全性の高い生体刺激装置を提供できる。

本発明における生体刺激装置の概要説明図である。同上、電気的構成を示すブロック図である。同上、装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明における生体刺激装置の好適な一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の概要をあらわす説明図である。同図において、ここで提案する生体刺激装置１００は、内部で刺激信号を生成する装置本体１と、この装置本体１に接続する単独の給電線２と、給電線２の先端に接続する治療電極３と、により構成される。装置本体１の外郭をなす金属製遮蔽用の筐体５は、接地線６を介してグランドに接地され、給電線２は筐体５に対して電気的に非接触に絶縁される。また装置本体１は、発振信号を増幅して所定の高周波電流を生成出力する出力回路ユニット１１と、この出力回路ユニット１１と治療電極３を含むアンテナ部４とのインピーダンス整合を行なうマッチング回路ユニット１２と、を内蔵する。

生体Ｓに接触可能な導子としての治療電極３は、形状が大きくなるコイル型ではなく、コンデンサ型のアース電極がない単独の小型電極として構成される。特に本実施形態では、関電極となる１個の治療電極３の他に、もう１個の不関電極が仮想的に対に動作するようなマッチング回路ユニット１２を設けることで、出力回路ユニット１１からの高周波電流が、マッチング回路ユニット１２，給電線２及び治療電極３を順に通して、生体Ｓに刺激信号として効率的に印加されるようになっている。つまり、装置本体１から生体Ｓに超短波の刺激信号を放射するアンテナ部４は、ちょうどダイポールアンテナで、恰も一方のエレメントを給電線２と治療電極３とし、他方のエレメントを大地（アース）に仮想動作させたホイップアンテナのように構成される。

図２は、生体刺激装置１００の電気的構成を示すブロック図である。同図において、前記出力回路ユニット１１は、発振回路２１，増幅回路２２，ＳＷＲ検出回路２３，電力制御回路２４，ＣＰＵ２５，操作部２６及び表示部２７により構成され、マッチング回路ユニット１２は、平衡変換回路３１及びマッチング回路３２により構成される。その他、アンテナ部４を構成する給電線２は、波長同調型給電線４２として構成される。

発振回路２１は、所定の周波数の超短波発振信号を発生させる発振源に相当するものである。また増幅回路２２は、発振回路２１からの発振出力を所定の電力まで増幅して、超短波の高周波電流を出力するもので、発振出力をどの程度増幅させるのかは、後述する電力増幅回路２４からの指示信号により決定される。

ＳＷＲ（Standing Wave Ratio：定在波比）検出回路２３は、増幅回路２２からの高周波電流が、生体Ｓやアンテナ部４などの負荷でどの程度有効に使われているのかを監視する負荷監視部として設けられる。理論上、増幅回路２２からの高周波電流は、増幅回路２２のインピーダンスと治療電極３のインピーダンスがマッチングしていれば、１００％の進行波となり生体Ｓへ無駄なく導かれるが、負荷端がオープンまたはショートされると、１００％反射波となって増幅回路２２に戻ってくる。そこでＳＷＲ検出回路２３は、治療電極３のマッチング状態を、増幅回路２２と治療電極３との間の伝送線路における定在波比として監視し、その監視出力となる検出信号をＣＰＵ２５に出力する。

電力制御回路２４とＣＰＵ２５とは、増幅回路２２から出力する電力を最適に調整するためのフィードバック部として設けられる。生体刺激装置１００の各部を制御する制御部としてのＣＰＵ２５は、ＳＷＲ検出回路２３からの検出信号に基づき、前記伝送線路における進行波と反射波の割合を算出して、増幅回路２２からどの程度の電力を出力するのかを判定し、その判定結果に応じた制御信号を電力制御回路２４に送出することで、増幅回路２２からの出力電力を制御するものである。

またＣＰＵ２５は、ＳＷＲ検出回路２３や電力制御回路２４の他に、複数の一乃至複数の操作キーからなる操作部２６や、ＬＣＤやＬＥＤなどの各種表示器からなる表示部２７にも接続される。これにより、例えば刺激信号の出力開始を指示する操作信号が操作部２６からＣＰＵ２５に与えられると、前記電力制御回路２４への制御信号の出力を開始させる一方、刺激信号の出力停止を指示する操作信号が操作部２６からＣＰＵ２５に与えられると、電力制御回路２４への制御信号の出力を停止させるように、ＣＰＵ２５を構成することができる。また表示部２７は、ＣＰＵ２５からの表示制御信号を受けて、生体刺激装置１００の動作状態（例えば運転中であるか否か、治療電極３への出力電力など）を必要に応じて表示することができる。

電力制御回路２４は、ＣＰＵ２５から所定の制御信号が出力されると、発振回路２１からの発振出力をどの程度増幅させるのかを示す指示信号を、増幅回路２２に送出するもので、その指示信号によって、前記反射波が少ないときには、操作部２６で設定された最大の電力を出力し、反射波が多いときには、安全なレベルにまで電力を制限して出力するように、増幅回路２２を制御する。これを受けて増幅回路２２は、電力制御信号２４から指示信号が出力される間、その指示信号に基づく電力の高周波信号を、ＳＷＲ検出回路２３を通して平衡変換回路３１に送出する。

平衡変換回路３１は、（電力）増幅回路２２が０Ｖとグランドとを一緒にした不平衡回路である関係で、この不平衡回路を平衡回路に変換するために設けられる。増幅回路２２と平衡変換回路３１との間に接続する線路は、不平衡な高周波信号を伝送するのに適した同軸ケーブルが使用されるが、この同軸ケーブルも一方の線路である芯線が高周波信号の出力で、他方の線路である外側の網線が０Ｖ（グランド）の不平衡回路である。平衡変換回路３１は、平衡変換回路３１の出力線路をグランド側と絶縁できるようにして、上記２本の線路を信号出力と０Ｖ（グランド）の関係ではなく、バランスした信号出力にするためのものである。

マッチング回路３２は、平衡変換回路３１と給電線２（波長同調型給電線４２）とをインピーダンス整合させるために設けられ、具体的には図示しないが、主にコイルとコンデンサとにより構成される。

波長同調型給電線４２は、一方の線路が治療電極３に接続する芯線で、他方の線路がアースの作用をするアンテナとなり、通常はもう一つの電極に接続しなければならない線をアンテナにして、生体Ｓからのリターン回路を形成する。したがって、増幅回路２２からの高周波電流は、波長同調型給電線４２の芯線から治療導子３を経て生体Ｓを通り、このアンテナに戻るように構成される。また、ここでの波長同調型給電線４２は、電気的に治療電極３への刺激信号である高周波電流の波長λに同調した長さ（λ／４の整数倍）に規定される。

次に上記構成について、その作用を図３のフローチャートに基づき説明する。同図において、装置本体１に外部からの電源（図示せず）を投入すると、出力回路ユニット１１やマッチング回路ユニット１２の各部に動作電圧が供給される。但しステップＳ１において、施術者が操作部２６に対して、刺激信号の出力開始を指示する特定の操作を行わない限り、ＣＰＵ２５から電力制御回路２４へは制御信号が出力されず、電力制御回路２４も増幅回路２２には指示信号を何も出力しないので、増幅回路２２から刺激信号は発生しない。

一方、前記ステップＳ１で、施術者が操作部２６に対して、刺激信号の出力開始を指示する操作を行なうと、その出力開始を指示する操作信号が操作部２６からＣＰＵ２５に送出される。このときＣＰＵ２５は、増幅回路２２から治療電極３に向けて、人体Ｓに影響のない最低レベルの電力で刺激信号が出力されるように、電力制御回路２４へ例えば最小限のパルス幅の制御信号を送出する（ステップＳ２）。

続くステップＳ３で、ＣＰＵ２５は増幅回路２２から刺激信号が出力され続ける限り、ＳＷＲ検出回路２３からの検出信号を取り込んで、治療導子３や生体Ｓを含めた負荷状態が正常であるか否かを判断する。これは具体的には、ＳＷＲ検出回路２３で検出される定在波比（進行波と反射波の割合）から、進行波に対する反射波の割合が所定値よりも少ないか否かにより決定され、負荷状態が正常である場合には、反射波の割合が所定値よりも少なくなり、負荷状態が正常でない場合には、反射波の割合が所定値よりも多くなる。

そして、負荷状態が正常であるとＣＰＵ２５が判断した場合、ステップＳ４に移行して、ＣＰＵ２５は予め設定したレベルの電力で刺激信号が出力されるように、電力制御回路２４へ例えばその設定レベルに応じたパルス幅の制御信号を送出する。この予め設定したレベルは、書換え可能な記憶手段（図示せず）に記憶されており、例えば施術者が操作部２６のレベル可変スイッチを操作することで、ＣＰＵ２５が予め設定したレベルを任意に変更できるようになっている。

これに対して、負荷状態が正常ではないとＣＰＵ２５が判断した場合、ステップＳ５に移行して、ＣＰＵ２５は前述した最低レベルの電力で刺激信号が出力されるように、電力制御回路２４へ制御信号を送出する。この最低レベルの電力は、予め設定したどのレベルの電力よりも低いものである。負荷状態が正常であるか否かの判断は、続くステップＳ６で、施術者が操作部２６に対して、刺激信号の出力停止を指示する特定の操作を行なわない限り、繰り返し行われる。そしてステップＳ６で、施術者が操作部２６に対して、刺激信号の出力停止を指示する操作を行なうと、その出力停止を指示する操作信号が操作部２６からＣＰＵ２５に送出される。これを受けてＣＰＵ２５は、電力制御回路２４への制御信号の出力を停止するので、増幅回路２２から治療電極３へ向けての刺激信号の送出も停止する（ステップＳ７）。

上記ステップＳ１〜Ｓ７の各手順では、施術中に治療電極３を生体Ｓ表面に直接または衣服を介在して接触させることで、治療電極３に向かう進行波に対して、治療電極３から戻る反射波の割合が減少し、予め設定したレベルの電力で、治療電極３から生体Ｓ深部に高周波の刺激信号が放射される。そのため、生体Ｓ組織は局所的に加温され、肩こりや腰痛などの緩和，疼痛緩和，筋疲労緩和，血流改善，新陳代謝促進の各施術効果が得られる。

また、治療電極３からの高周波電流は、生体Ｓから前記アンテナを通ってマッチング回路ユニット１２に戻るので、１個のコンデンサ型の治療電極３を生体Ｓに近接させるだけで、局所的，限定的に衣服の上から生体Ｓ深部を簡単に温めることができる。また、生体Ｓの加温領域は、生体Ｓに放射される刺激信号の周波数や出力電力にもよるが、治療電極３が平板状のコンデンサ形電極であることに起因して、１cm２以下の局所用電極から10cm２程度の中領域用電極まで適用可能であり、治療電極３とほぼ同じ大きさの部位を深部まで加温できるため、効果的な治療を行うことができる。また、１個の治療電極３を生体Ｓ表面に沿って簡単に移動できるので、生体Ｓ深部を広範囲に温めることも容易に可能であり、従来のコンデンサ型電極を使用した生体刺激装置よりも、幅広い治療が容易に可能である。

ＣＰＵ２５は刺激信号の出力開始時に、負荷（生体Ｓやアンテナ部４）状態を確認して、負荷状態に異常がなく、治療電極３を正しく生体Ｓに近接させている場合に限り、予め設定したレベルの電力で治療電極３から生体Ｓに刺激信号を送出する。そのため、治療電極３に異常電圧が発生しにくく、火花放電などによる無用な電撃や火傷を避けた安全性の高い生体刺激装置１００を提供できる。

また、増幅回路２２からの刺激信号の出力中は、ＣＰＵ２５がＳＷＲ検出回路２３からの検出信号を取り込んで、治療電極３への出力電力の進行波と反射波の割合を常時監視している。そのため、治療電極３側で異常が発生したり、治療電極３が生体Ｓから離れたりした場合などに、進行波に対する反射波の割合が増加するのをＳＷＲ検出回路２３で検出して、ＣＰＵ２５が増幅回路２２から出力する刺激信号の電力を瞬時に低減させることができ、さらに安全性の高い生体刺激装置１００を提供できる。

このように、本実施形態の生体刺激装置１００は、発振回路２１からの発振信号を増幅して、高周波（超短波）の刺激信号を増幅回路２２で生成出力する増幅手段としての出力回路ユニット１１と、前記刺激信号を生体に印加するコンデンサ型の平板状電極（治療電極３）と、出力回路ユニット１１と治療電極３との間でインピーダンス整合を行なうマッチング手段としてのマッチング回路ユニット１２を備え、出力回路ユニット１１と治療電極３との間に、生体Ｓから出力回路ユニット１１に刺激信号を戻すリターン回路を構成している。

このようにすると、出力回路ユニット１１の増幅回路２２により増幅された刺激信号は、マッチング回路ユニット１２を通して治療電極３に印加されるが、その治療電極３から生体に達した刺激信号は、前記アンテナを通ってマッチング回路ユニット１２に戻る。そのため、生体Ｓ患部に２個の電極をわざわざ挟みこまなくても、１個の治療電極３だけで生体Ｓ組織を局所的から広範囲に幅広く容易に加温できる。

また本実施形態では、刺激信号を伝送する線路の進行波に対する反射波の割合を監視する監視手段としてのＳＷＲ検出回路２３と、操作手段である操作部２６と、をさらに備え、操作部２６から刺激信号の出力開始を指示する操作信号を受け取ると、ＳＷＲ検出回路２３からの監視出力である検出信号により、進行波に対する反射波の割合が所定値よりも少なければ、予め設定した電力で刺激信号を出力するように、出力回路ユニット１１を構成している。

このようにすると、刺激信号の出力開始時に、出力回路ユニット１１から予め設定した電力で無条件に刺激信号を出力するのではなく、ＳＷＲ検出回路２３からの監視出力を利用して、治療電極３からの反射波が所定値よりも少なく、治療電極３や生体Ｓを含めた負荷の状態に異常がないことを確認した場合に限り、予め設定した電力で刺激信号を出力することができる。そのため、治療電極３に異常な電圧が発生しにくく、火花放電などによる無用な電撃や火傷を回避でき、生体刺激装置１００としての安全性を高めることができる。

また本実施形態では、刺激信号の出力中にＳＷＲ検出回路２３からの監視出力を常時取り込み、進行波に対する反射波の割合が所定値以上になると、予め設定した電力よりも少ない電力で刺激信号を出力するように、出力回路ユニット１１を構成している。

このようにすると、刺激信号の出力中は、出力回路ユニット１１がＳＷＲ検出回路２３からの監視出力を常時取り込んでおり、例えば治療電極３や生体Ｓを含めた負荷側で異常が発生したり、治療電極３が生体から離れたりして、進行波に対する反射波の割合が所定値以上になると、出力回路ユニット１１が刺激信号の電力を瞬時に低減させることができる。そのため、さらに安全性の高い生体刺激装置１００を提供できる。

なお本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、コンデンサ型の治療電極３の大きさや形状は、ある範囲内（最大の大きさは、刺激信号の周波数や出力に依存する）であれば限定されない。また発振信号２１からの発振信号に依存した増幅回路２２からの刺激信号の周波数は、超短波帯に限らず短波帯であってもよい。

３治療電極（電極）
１１出力回路ユニット（増幅手段）
１２マッチング回路ユニット（マッチング手段）
２３ＳＷＲ検出回路（監視手段）
２６操作部（操作手段）
４２波長同調型給電線

Claims

発振信号を増幅して超短波帯の電磁波からなる刺激信号を出力する増幅手段と、
前記刺激信号を生体に印加するコンデンサ型の電極と、
前記増幅手段と前記電極とのインピーダンス整合を行なうマッチング手段とを備え、
前記マッチング手段と前記電極との間を波長同調型給電線により接続し、この波長同調型給電線の一方の線路を前記電極に接続するとともに、他方の線路をアンテナとしたことを特徴とする生体刺激装置。
前記刺激信号を伝送する線路の反射波を監視する監視手段と、操作手段と、をさらに備え、
前記操作手段から前記刺激信号の出力開始を指示する操作信号を受け取ると、前記監視手段からの監視出力により、前記反射波が所定値よりも少なければ、予め設定した電力で前記刺激信号を出力するように、前記増幅手段を構成したことを特徴とする請求項１記載の生体刺激装置。
前記刺激信号の出力中に前記監視手段からの監視出力を常時取り込み、前記反射波が所定値以上になると、前記予め設定した電力よりも少ない電力で前記刺激信号を出力するように、前記増幅手段を構成したことを特徴とする請求項２記載の生体刺激装置。