JP6782401B2 - 電気刺激装置 - Google Patents

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Description

本発明は筋肉に電気刺激を与える電気刺激装置に関する。
身体の鍛錬または身体の動作を補助するための電気療法として、筋肉に電気刺激を与える電気刺激装置が用いられている(例えば特許文献1参照)。この電気刺激装置により拮抗筋に電気刺激が与えられることにより身体が鍛錬され、主動筋に電気刺激が与えられることにより身体の動作が補助される。
特開2000−279536号公報
電気刺激装置を用いて身体を鍛錬する場合または身体の動作を補助する場合、腰にかかる負担が軽減されることが望ましい。特許文献1に記載の電気刺激装置は腰にかかる負担について特に考慮していない。
本発明は腰にかかる負担を軽減することが可能な電気刺激装置を提供する。
本発明における電気刺激装置の一形態は、側腹筋と、背筋および臀筋の少なくとも一方とを含む身体の対象部位に電気刺激を付与可能な電極から出力される電流を、身体の動作を検出可能な検出部の検出結果に基づいて制御する制御部を備える。
上記電気刺激装置によれば、腰にかかる負担が軽減される。
図1は、第1の実施の形態における電気刺激装置の模式図である。 図2は、第1の実施の形態における電気刺激装置の正面電極の貼付位置の一例を示す模式図である。 図3は、第1の実施の形態における電気刺激装置の背面電極の貼付位置の一例を示す模式図である。 図4は、第1の実施の形態における電気刺激装置のブロック図である。 図5は、第1の歩行動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図6は、第2の歩行動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図7は、第3の歩行動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図8は、第1の捻転動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図9は、第2の捻転動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図10は、第3の捻転動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図11は、第1の屈曲動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図12は、第2の屈曲動作モードでの第1の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図13は、第1の実施の形態における電気刺激装置による各種の電気刺激パターンの評価結果の一例を示す図である。 図14は、第2の実施の形態における電気刺激装置の使用状態の一例を示す斜視図である。 図15は、第3の実施の形態における電気刺激装置のブロック図である。 図16は、呼吸動作モードでの第3の実施の形態における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図17は、第1の変形例における電気刺激装置の正面電極の貼付位置を示す模式図である。 図18は、第2の変形例における電気刺激装置の正面電極の貼付位置を示す模式図である。 図19は、第3の変形例における電気刺激装置の正面電極の貼付位置を示す模式図である。 図20は、第1の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図21は、第2の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図22は、第3の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図23は、第4の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図24は、第5の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図25は、第6の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図26は、第7の変形例における電気刺激装置の背面電極の貼付位置を示す模式図である。 図27は、第4の歩行動作モードでの変形例における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。 図28は、第5の歩行動作モードでの変形例における電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャートである。
(第1の実施の形態)
図1は身体の対象部位に装着可能な電気刺激装置1の一例を示す。電気刺激装置1は、ベルト10、正面電極20、背面電極30、検出部40、コントローラー50、制御部60(図4参照)、およびコード90を備える。ベルト10は身体に装着可能な構造を有し、例えば伸縮可能な材料により構成される。正面電極20および背面電極30はベルト10の内面に設けられる。このため、ベルト10が身体に装着されることにより、正面電極20および背面電極30が対象部位に取り付けられる。対象部位の一例は側腹筋および背筋である。なお、図1はベルト10の内面、すなわち身体に面する面を示している。
ベルト10は、第1の部分11、第2の部分12、第3の部分13、および位置調節部14を含む。第1の部分11の機能は身体の背面を支持することである。第2の部分12の機能は右半身の正面を支持することである。第3の部分13の機能は左半身の正面を支持することである。第1の部分11は第2の部分12および第3の部分13と連続している。ベルト10の長手方向に沿う第2の部分12の端部、およびベルト10の長手方向に沿う第3の部分13の端部には、例えば互いに貼り合わせ可能な面ファスナー(図示略)が設けられる。
位置調節部14の機能は身体に対するベルト10の装着位置を調節することである。位置調節部14の材料の一例はスポンジである。位置調節部14の形状の一例は頂点14Aを含む三角柱である。位置調節部14は例えば第1の部分11の内面に設けられ、ベルト10の長手方向の中心線に沿って伸びている。具体的には、位置調節部14はその頂点14Aが外部を向くように第1の部分11の内面に縫い付けられている。位置調節部14により身体に対するベルト10の装着位置が調節され、ベルト10が身体を覆うように巻き付けられ、第2の部分12の端部と第3の部分13の端部とが貼り合せられることにより、ベルト10が身体に装着される。
正面電極20は、第1の正面電極21、第2の正面電極22、第3の正面電極23、および第4の正面電極24を含む。第1の正面電極21〜第4の正面電極24の機能は側腹筋に電気刺激を付与することである。第1の正面電極21〜第4の正面電極24は例えば長手方向および短手方向を規定可能な形状を有する。
第1の正面電極21および第3の正面電極23の機能は右半身の側腹筋に電気刺激を付与することである。第1の正面電極21は例えば第2の部分12の内面に設けられる。第3の正面電極23は例えば第2の部分12の内面のうちの第1の正面電極21よりも下方に設けられる。第1の正面電極21および第3の正面電極23の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第1の正面電極21および第3の正面電極23から出力される電流の出力形態は実質的に同じである。なお、第2の部分12の内面に対する第1の正面電極21および第3の正面電極23の取付け位置は変更可能である。
第2の正面電極22および第4の正面電極24の機能は左半身の側腹筋に電気刺激を付与することである。第2の正面電極22は例えば第3の部分13の内面に設けられる。第4の正面電極24は例えば第3の部分13の内面のうちの第2の正面電極22よりも下方に設けられる。第2の正面電極22および第4の正面電極24の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第2の正面電極22および第4の正面電極24から出力される電流の出力形態は実質的に同じである。なお、第3の部分13の内面に対する第2の正面電極22および第4の正面電極24の取付け位置は変更可能である。
図2は身体に対する第1の正面電極21〜第4の正面電極24の貼付位置の一例を示す。第1の正面電極21〜第4の正面電極24は例えば腹直筋を避けるように肋骨と腸骨との間の側腹筋に貼り付けられる。側腹筋は、腹横筋、内腹斜筋、および外腹斜筋を含む。第1の正面電極21は例えば身体の高さ方向において第3の正面電極23よりも上方に貼り付けられる。第2の正面電極22は例えば身体の高さ方向において第4の正面電極24よりも上方に貼り付けられる。身体の左右方向における第1の正面電極21の貼付位置と第2の正面電極22の貼付位置との間隔は、身体の左右方向における第3の正面電極23の貼付位置と第4の正面電極24の貼付位置との間隔よりも広い。
図1に示されるとおり、背面電極30は、第1の背面電極31、第2の背面電極32、第3の背面電極33、および第4の背面電極34を含む。第1の背面電極31〜第4の背面電極34の機能は背筋に電気刺激を付与することである。第1の背面電極31〜第4の背面電極34は例えば長手方向および短手方向を規定可能な形状を有する。
第1の背面電極31および第3の背面電極33の機能は右半身の背筋に電気刺激を付与することである。第1の背面電極31は例えば第1の部分11の内面に設けられる。第3の背面電極33は例えば第1の部分11の内面のうちの第1の背面電極31よりも下方に設けられる。第1の背面電極31および第3の背面電極33の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第1の背面電極31および第3の背面電極33から出力される電流の出力形態は実質的に同じである。
第2の背面電極32および第4の背面電極34の機能は左半身の背筋に電気刺激を付与することである。第2の背面電極32は例えば第1の部分11の内面に設けられる。第4の背面電極34は例えば第1の部分11の内面のうちの第2の背面電極32よりも下方に設けられる。第2の背面電極32および第4の背面電極34の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第2の背面電極32および第4の背面電極34から出力される電流の出力形態は実質的に同じである。なお、第1の部分11の内面に対する第1の背面電極31〜第4の背面電極34の取付け位置は変更可能である。
このように、正面電極20および背面電極30は、側腹筋と背筋を含む身体の対象部位に電気刺激を付与することが可能な電極である。
図3は身体に対する第1の背面電極31〜第4の背面電極34の貼付位置の一例を示す。第1の背面電極31〜第4の背面電極34は例えば肋骨と腸骨との間の背筋に貼り付けられる。背筋は例えば腰部多裂筋を含む。第1の背面電極31は例えば身体の高さ方向において第3の背面電極33よりも上方に貼り付けられる。第2の背面電極32は例えば身体の高さ方向において第4の背面電極34よりも上方に貼り付けられる。身体の左右方向における第1の背面電極31の貼付位置と第2の背面電極32の貼付位置との間隔は、身体の左右方向における第3の背面電極33の貼付位置と第4の背面電極34の貼付位置との間隔と実質的に同じである。
図1に示される検出部40の機能は身体の動作を検出し、その検出結果が反映された信号を制御部60に出力することである。検出部40の一例は角速度センサーである。検出部40は例えばベルト10の第3の部分13の内部に設けられる。すなわち、検出部40は身体の動作の一例である腰の動作を検出する。一例では、人体の高さ方向に沿う軸である第1軸、および人体の左右方向に沿う軸である第2軸まわりにおける角速度が検出部40により検出される。コード90はコントローラー50と検出部40および正面電極20、背面電極30とを電気的に接続する。
図4は電気刺激装置1の電気的な接続関係を示す。コントローラー50は、電源部51、制御部60、操作部70、および報知部80を含む。電源部51の機能は一次電池または二次電池の電力を制御部60および正面電極20、背面電極30等に供給することである。電源部51および制御部60はコントローラー50の内部に収容される。操作部70の機能は電気刺激装置1の動作に関する情報等を入力することである。報知部80の機能は情報を出力することである。報知部80の一例は液晶ディスプレイである。
操作部70は電源スイッチ71およびモード選択部72を含む。電源スイッチ71の機能は電気刺激装置1の電源のオンおよびオフを切り替えることである。モード選択部72の機能は電気刺激装置1により実行される動作モードを選択することである。動作モードは正面電極20、背面電極30から出力される電流の出力形態等が互いに異なる複数の動作モードを含む。複数の動作モードは、例えば第1の歩行動作モード〜第3の歩行動作モード、第1の走行動作モード〜第3の走行動作モード、第1の捻転動作モード〜第3の捻転動作モード、および第1の屈曲動作モード〜第2の屈曲動作モードを含む。
制御部60は検出部40の検出結果に含まれる腰の動作に関する情報に基づいて正面電極20、背面電極30から出力される電流を制御する。具体的には、制御部60は正面電極20により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、背面電極30により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。制御部60は正面電極20、背面電極30の出力を制御するために参照する各種の情報を予め記憶している。各種の情報の一例は、モード選択部72により選択される各種の動作モードに対応する電流の出力形態、および検出部40の検出結果から得られた角速度の値と対比するための閾値である。なお、制御部60は操作部70の操作等に基づいて、正面電極20、背面電極30から出力される電気刺激の周波数および強度の少なくとも一方を調節できる。
モード選択部72により歩行動作モード、走行動作モード、および捻転動作モードのいずれかの動作モードが選択された場合、人体の高さ方向に沿う軸である第1軸まわりの角速度が検出部40により検出される。モード選択部72により屈曲動作モードが選択された場合、人体の左右方向に沿う軸である第2軸まわりの角速度が検出部40により検出される。検出部40は例えば数マイクロ秒毎に第1軸または第2軸まわりの角速度を検出し、その検出結果が反映された信号を制御部60に出力する。
制御部60は次の演算処理を実行することにより検出部40の検出結果から角速度を算出する。最初に移動平均処理が実行され、デジタル化された検出部40の検出結果がローパスフィルタに通されることにより一定の高周波信号が検出部40の検出結果から除去され、正弦波信号が生成される。次に、この正弦波信号に基づいて角速度が算出される。
図5を参照して、第1の歩行動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図5の(a)は歩行動作における脚の歩行フェーズを示す。歩行動作の1周期は2つの歩行フェーズ、すなわち、立脚期および遊脚期に区分される。立脚期は足の少なくとも一部が地面または床等に接触している期間である。遊脚期は足が地面または床等から離れている期間である。
図5の(b)は側腹筋の動作状態を示す。左脚の歩行フェーズが立脚期であり、右脚の歩行フェーズが遊脚期である場合、体幹が第1軸まわりで右回転する。このため、左半身の側腹筋が伸展し、右半身の側腹筋が収縮する。右脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行してから左脚の歩行フェーズが立脚期から遊脚期に移行するまでの間、体幹が第1軸まわりでさらに右回転し、左半身の側腹筋が歩行動作において最も伸展し、右半身の側腹筋が歩行動作において最も収縮する。この場合、右半身の側腹筋が主動筋として働き、左半身の側腹筋が拮抗筋として働く。
左脚の歩行フェーズが遊脚期であり、右脚の歩行フェーズが立脚期である場合、体幹が第1軸まわりで左回転する。このため、左半身の側腹筋が収縮し、右半身の側腹筋が伸展する。左脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行してから右脚の歩行フェーズが立脚期から遊脚期に移行するまでの間、体幹が第1軸まわりでさらに左回転し、左半身の側腹筋が歩行動作において最も収縮し、右半身の側腹筋が歩行動作において最も伸展する。この場合、左半身の側腹筋が主動筋として働き、右半身の側腹筋が拮抗筋として働く。
図5の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。
電気刺激装置1を使用するユーザー100が歩行動作を行う場合、検出部40により第1軸まわりの角速度が検出される。一例では、体幹が第1軸まわりで右回転する場合に角速度は正の値を示し、体幹が第1軸まわりで左回転する場合に角速度は負の値を示す。右半身および左半身の一方の側腹筋が最も伸展した場合、または、歩行動作が停止している場合、角速度の値は実質的に0を示す。例えば、角速度が所定の角速度未満の場合、角速度の値が実質的に0であると判定される。
制御部60はモード選択部72により選択された動作モード、および角速度の値と閾値との関係に基づいて正面電極20、背面電極30から出力される電流を制御する。一例では、制御部60は角速度の値と閾値との関係に基づいて電流の出力および停止のタイミングを決定する。第1の歩行動作モードにおいて参照される閾値は例えば閾値Tである。閾値Tの一例は図5の(c)に示すように0である。
制御部60は角速度の値と閾値との関係について同一の判定結果が連続して得られた回数が所定の回数以上である場合、その判定結果が有効であると判定し、その判定結果を正面電極20、背面電極30の出力の制御に用いる。一方、制御部60は角速度の値と閾値との関係について同一の判定結果が連続して得られた回数が所定の回数未満である場合、または、連続しない場合、その判定結果が無効であると判定し、その判定結果を正面電極20、背面電極30の出力の制御に用いない。なお、所定の回数は動作モード毎に設定される。
図5の(d)は電流の出力形態を示す。
制御部60は第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第1の背面電極31および第3の背面電極33により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。この第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第1の背面電極31および第3の背面電極33により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する期間を第1の期間とする。また、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の背面電極32および第4の背面電極34により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。この第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の背面電極32および第4の背面電極34により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する期間を第2の期間とする。
一例では、制御部60は第1の期間および第2の期間が交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。
時刻t11において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第2の背面電極32、および第4の背面電極34に電流を出力させる。角速度の値が閾値T以上の大きさである場合、左半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は左半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その左半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第2の正面電極22、第4の正面電極24から電流を出力させ、対応する第2の背面電極32、第4の背面電極34からも電流を出力させる。
時刻t12において、角速度の値が閾値T以上の大きさから閾値T未満の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第2の背面電極32、および第4の背面電極34による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第1の背面電極31、および第3の背面電極33に電流を出力させる。角速度の値が閾値T未満の大きさである場合、右半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は右半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その右半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第1の正面電極21、第3の正面電極23から電流を出力させ、対応する第1の背面電極31、第3の背面電極33からも電流を出力させる。
時刻t13において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第1の背面電極31、および第3の背面電極33による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第2の背面電極32、および第4の背面電極34に電流を出力させる。時刻t13以降も第1の歩行動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t12〜時刻t13に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。なお、制御部60はモード選択部72により第1の走行動作モードが選択された場合においても、第1の歩行動作モードと実質的に同じ処理を実行する。
図6を参照して、第2の歩行動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図6の(a)は歩行動作における脚の歩行フェーズを示す。図6の(b)は側腹筋の動作状態を示す。図6の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図6の(a)〜(c)に関する内容は図5の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その説明を省略する。
図6の(d)は電流の出力形態を示す。
制御部60は第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の背面電極32および第4の背面電極34により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。この第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の背面電極32および第4の背面電極34により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する期間を第3の期間とする。また、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第1の背面電極31および第3の背面電極33により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。この第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第1の背面電極31および第3の背面電極33により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する期間を第4の期間とする。
一例では、制御部60は第3の期間および第4の期間が交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。
時刻t21において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第1の背面電極31、および第3の背面電極33に電流を出力させる。時刻t22において、角速度の値が閾値T以上の大きさから閾値T未満の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第1の背面電極31、および第3の背面電極33による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第2の背面電極32、および第4の背面電極34に電流を出力させる。
時刻t23において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第2の背面電極32、および第4の背面電極34による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第1の背面電極31、および第3の背面電極33に電流を出力させる。時刻t23以降も第2の歩行動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t22〜時刻t23に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。なお、制御部60はモード選択部72により第2の走行動作モードが選択された場合においても、第2の歩行動作モードと実質的に同じ処理を実行する。
図7を参照して、第3の歩行動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図7の(a)は歩行動作における脚の歩行フェーズを示す。図7の(b)は側腹筋の動作状態を示す。図7の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図7の(a)〜(c)に関する内容は図5の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その共通する事項の説明の一部または全部を省略する。
第3の歩行動作モードにおいて参照される閾値は例えば第1の閾値TW1、第2の閾値TW2、および第3の閾値TW3である。図7の(c)に示すように、第1の閾値TW1は例えば角速度が正の値を示す領域に存在する。第2の閾値TW2は例えば角速度が負の値を示す領域に存在する。第3の閾値TW3の一例は0である。
図7の(d)は電流の出力形態を示す。
制御部60は背面電極30により背筋に電気刺激を付与している所定の期間において、第1の正面電極21および第2の正面電極22の一方により側腹筋に電気刺激を付与し、第1の正面電極21および第2の正面電極22の他方により側腹筋に電気刺激が付与されないように正面電極20、背面電極30を制御する。具体的には、制御部60は所定の期間において第1の正面電極21および第2の正面電極22のうちの側腹筋に電気刺激を付与する電極と側腹筋に電気刺激を付与しない電極とが交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30を制御する。
一例では、制御部60は所定の期間において、第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間とが交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30を制御する。
時刻t31において、角速度の値が第3の閾値TW3未満の大きさから第3の閾値TW3以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24に電流を出力させる。角速度の値が第3の閾値TW3以上の大きさである場合、左半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は左半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その左半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第2の正面電極22、第4の正面電極24から電流を出力させる。
時刻t32において、角速度の値が第1の閾値TW1未満の大きさから第1の閾値TW1以上の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30に電流を出力させる。時刻t33において、角速度の値が第1の閾値TW1以上の大きさから第1の閾値TW1未満の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30による電流の出力を停止させる。なお、第1の閾値TW1は角速度の値が第1の閾値TW1以上の大きさを取る場合において、右脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングが含まれるように設定することが好ましい。このため、時刻t32と時刻t33との間の期間に右脚が着地するタイミングが含まれる。
時刻t34において、角速度の値が第3の閾値TW3以上の大きさから第3の閾値TW3未満の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24による電流の出力を停止させ、第1の正面電極21および第3の正面電極23に電流を出力させる。角速度の値が第3の閾値TW3未満の大きさである場合、右半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は右半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その右半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第1の正面電極21、第3の正面電極23から電流を出力させる。
時刻t35において、角速度の値が第2の閾値TW2以上の大きさから第2の閾値TW2未満の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30に電流を出力させる。時刻t36において、角速度の値が第2の閾値TW2未満の大きさから第2の閾値TW2以上の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30による電流の出力を停止させる。なお、第2の閾値TW2は角速度の値が第2の閾値TW2未満の大きさを取る場合において、左脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングが含まれるように設定することが好ましい。このため、時刻t35と時刻t36との間の期間に左脚が着地するタイミングが含まれる。
時刻t37において、角速度の値が第3の閾値TW3未満の大きさから第3の閾値TW3以上の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21および第3の正面電極23による電流の出力を停止させ、第2の正面電極22および第4の正面電極24に電流を出力させる。時刻t37以降も第3の歩行動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t32〜時刻t37に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。なお、制御部60はモード選択部72により第3の走行動作モードが選択された場合においても、第3の歩行動作モードと実質的に同じ処理を実行する。
図8を参照して、第1の捻転動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図8の(a)は捻転動作における回旋フェーズを示す。捻転動作の1周期は2つの回旋フェーズ、すなわち、右回旋期および左回旋期に区分される。右回旋期は体幹が第1軸まわりで右回転する動作である。左回旋期は体幹が第1軸まわりで左回転する動作である。
図8の(b)は側腹筋の筋肉の動作状態を示す。回旋フェーズが右回旋期である場合、左半身の側腹筋が伸展し、右半身の側腹筋が収縮する。回旋フェーズが右回旋期から左回旋期に変化するとき、左半身の側腹筋が捻転動作において最も伸展し、右半身の側腹筋が捻転動作において最も収縮する。この場合、右半身の側腹筋が主動筋として働き、左半身の側腹筋が拮抗筋として働く。
回旋フェーズが左回旋期である場合、左半身の側腹筋が収縮し、かつ、右半身の側腹筋が伸展する。回旋フェーズが左回旋期から右回旋期に変化するとき、左半身の側腹筋が捻転動作において最も収縮し、右半身の側腹筋が捻転動作において最も伸展する。この場合、左半身の側腹筋が主動筋として働き、右半身の側腹筋が拮抗筋として働く。
図8の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。
電気刺激装置1を使用するユーザー100が捻転動作を形成する場合、検出部40により人体の高さ方向に沿う軸である第1軸まわりの角速度が検出される。一例では、体幹が第1軸まわりで右回転する場合に角速度は正の値を示し、体幹が第1軸まわりで左回転する場合に角速度は負の値を示す。右半身および左半身の一方の側腹筋が最も伸展した場合、または、捻転動作が停止している場合、角速度の値は実質的に0を示す。例えば、角速度が所定の角速度未満の場合、角速度の値が実質的に0であると判定される。
制御部60はモード選択部72により選択された動作モード、および角速度の値と閾値との関係に基づいて正面電極20、背面電極30から出力される電流を制御する。一例では、制御部60は角速度の値と閾値との関係に基づいて電流の出力および停止のタイミングを決定する。第1の捻転動作モードにおいて参照される閾値は例えば閾値Tである。閾値Tの一例は図8の(c)に示すように0である。
図8の(d)は電流の出力形態を示す。なお、第1の捻転動作モードにおける電流の出力形態は第1の歩行動作モードにおける電流の出力形態と実質的に同じであるため、その説明の一部または全部を省略する。
時刻t41において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第2の背面電極32、および第4の背面電極34に電流を出力させる。角速度の値が閾値T以上の大きさである場合、左半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は左半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その左半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第2の正面電極22、第4の正面電極24から電流を出力させ、対応する第2の背面電極32、第4の背面電極34からも電流を出力させる。
時刻t42において、角速度の値が閾値T以上の大きさから閾値T未満の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第2の背面電極32、および第4の背面電極34による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第1の背面電極31、および第3の背面電極33に電流を出力させる。角速度の値が閾値T未満の大きさである場合、右半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は右半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その右半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第1の正面電極21、第3の正面電極23から電流を出力させ、対応する第1の背面電極31、第3の背面電極33からも電流を出力させる。
時刻t43において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第1の背面電極31、および第3の背面電極33による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第2の背面電極32、および第4の背面電極34に電流を出力させる。時刻t43以降も第1の捻転動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t42〜時刻t43に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
図9を参照して、第2の捻転動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図9の(a)は捻転動作における回旋フェーズを示す。図9の(b)は側腹筋の動作状態を示す。図9の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図9の(a)〜(c)に関する内容は図8の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その説明を省略する。
図9の(d)は電流の出力形態を示す。なお、第2の捻転動作モードにおける電流の出力形態は第2の歩行動作モードにおける電流の出力形態と実質的に同じであるため、その説明の一部または全部を省略する。
時刻t51において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第1の背面電極31、および第3の背面電極33に電流を出力させる。時刻t52において、角速度の値が閾値T以上の大きさから閾値T未満の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第1の背面電極31、および第3の背面電極33による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第2の背面電極32、および第4の背面電極34に電流を出力させる。
時刻t53において、角速度の値が閾値T未満の大きさから閾値T以上の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、第2の背面電極32、および第4の背面電極34による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、第1の背面電極31、および第3の背面電極33に電流を出力させる。時刻t53以降も第2の捻転動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t52〜時刻t53に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
図10を参照して、第3の捻転動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図10の(a)は捻転動作における回旋フェーズを示す。図10の(b)は側腹筋の動作状態を示す。図10の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図10の(a)〜(c)に関する内容は図8の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その共通する事項の説明の一部または全部を省略する。
第3の捻転動作モードにおいて参照される閾値は例えば第1の閾値TR1、第2の閾値TR2、および第3の閾値TR3である。第1の閾値TR1は例えば角速度が正の値を示す領域に存在する。第2の閾値TR2は例えば角速度が負の値を示す領域に存在する。第3の閾値TW3の一例は0である。
図10の(d)は電流の出力形態を示す。なお、第3の捻転動作モードにおける電流の出力形態は第3の歩行動作モードにおける電流の出力形態と実質的に同じであるため、その説明の一部または全部を省略する。
時刻t61において、角速度の値が第3の閾値TR3未満の大きさから第3の閾値TR3以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24に電流を出力させる。角速度の値が第3の閾値TR3以上の大きさである場合、左半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は左半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その左半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第2の正面電極22、第4の正面電極24から電流を出力させる。
時刻t62において、角速度の値が第1の閾値TR1未満の大きさから第1の閾値TR1以上の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30(第1の背面電極31、第2の背面電極32、第3の背面電極33、および第4の背面電極34)に電流を出力させる。時刻t63において、角速度の値が第1の閾値TR1以上の大きさから第1の閾値TR1未満の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30による電流の出力を停止させる。
時刻t64において、角速度の値が第3の閾値TR3以上の大きさから第3の閾値TR3未満の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第1の正面電極21および第3の正面電極23に電流を出力させる。角速度の値が第3の閾値TR3未満の大きさである場合、右半身の側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は右半身の側腹筋が伸展していることが検出部40により検出されたとき、その右半身の側腹筋に電気刺激が与えられるように対応する第1の正面電極21、第3の正面電極23から電流を出力させる。
時刻t65において、角速度の値が第2の閾値TR2以上の大きさから第2の閾値TR2未満の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30に電流を出力させる。時刻t66において、角速度の値が第2の閾値TR2未満の大きさから第2の閾値TR2以上の大きさに変化した場合、制御部60は背面電極30による電流の出力を停止させる。
時刻t67において、角速度の値が第3の閾値TR3未満の大きさから第3の閾値TR3以上の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21および第3の正面電極23による電流の出力を停止させる。そして、制御部60は第2の正面電極22および第4の正面電極24に電流を出力させる。時刻t67以降も第3の捻転動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t62〜時刻t67に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
図11を参照して、第1の屈曲動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図11の(a)は屈曲動作における前後屈フェーズを示す。屈曲動作の1周期は2つの前後屈フェーズ、すなわち、前屈期および後屈期に区分される。前屈期は体幹が人体の左右方向に沿う軸である第2軸まわりで前回転する動作である。後屈期は体幹が第2軸まわりで後回転する動作である。
図11の(b)は対象部位の筋肉の動作状態を示す。前後屈フェーズが前屈期である場合、側腹筋が収縮し、かつ、背筋が伸展する。前後屈フェーズが前屈期から後屈期に変化するとき、側腹筋が屈曲動作において最も収縮し、背筋が屈曲動作において最も伸展する。この場合、側腹筋が主動筋として働き、背筋が拮抗筋として働く。
前後屈フェーズが後屈期である場合、側腹筋が伸展し、かつ、背筋が収縮する。前後屈フェーズが後屈期から前屈期に変化するとき、側腹筋が屈曲動作において最も伸展し、背筋が屈曲動作において最も収縮する。この場合、背筋が主動筋として働き、側腹筋が拮抗筋として働く。
図11の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。
電気刺激装置1を使用するユーザー100が屈曲動作を形成する場合、検出部40により第2軸まわりの角速度が検出される。一例では、体幹が第2軸まわりで前回転する場合に角速度は正の値を示し、体幹が第2軸まわりで後回転する場合に角速度は負の値を示す。側腹筋および背筋の一方の筋肉が最も伸展した場合、または、屈曲動作が停止している場合、角速度の値は実質的に0を示す。例えば、角速度が所定の角速度未満の場合、角速度の値が実質的に0であると判定される。
制御部60はモード選択部72により選択された動作モード、および角速度の値と閾値との関係に基づいて正面電極20、背面電極30から出力される電流を制御する。一例では、制御部60は角速度の値と閾値との関係に基づいて電流の出力および停止のタイミングを決定する。
第1の屈曲動作モードにおいて参照される閾値は例えば次の4種類である。1つ目は側腹筋および背筋に電流を流すために参照され、角速度が正の値を示す領域に存在する第1の閾値TF1である。2つ目はその電流の流れを停止するために参照され、角速度が負の値を示す領域に存在する第2の閾値TF2である。3つ目は側腹筋および背筋に電流を流すために参照され、角速度が負の値を示す領域に存在する第3の閾値TF3である。4つ目はその電流の流れを停止するために参照され、角速度が正の値を示す領域に存在する第4の閾値TF4である。
図11の(d)は電流の出力形態を示す。
制御部60は正面電極20により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、背面電極30により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。また、制御部60は角速度の値が所定の範囲に含まれている期間において、正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。所定の範囲は第1の範囲および第2の範囲を含む。
時刻t71において、角速度の値が第1の閾値TF1未満の大きさから第1の閾値TF1以上の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。時刻t72において、角速度の値が第2の閾値TF2以上の大きさから第2の閾値TF2未満の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止させる。このように、制御部60は角速度の値が第1の閾値TF1未満の大きさから第1の閾値TF1以上の大きさに変化した後、第2の閾値TF2以上の範囲である第1の範囲に含まれる場合、正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。
時刻t73において、角速度の値が第3の閾値TF3以上の大きさから第3の閾値TF3未満の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。時刻t74において、角速度の値が第4の閾値TF4未満の大きさから第4の閾値TF4以上の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止させる。このように、制御部60は角速度の値が第3の閾値TF3以上の大きさから第3の閾値TF3未満の大きさに変化した後、第4の閾値TF4未満の範囲である第2の範囲に含まれる場合、正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。時刻t74以降も第1の屈曲動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t71〜時刻t74に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
図12を参照して、第2の屈曲動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図12の(a)は屈曲動作における前後屈フェーズを示す。図12の(b)は対象部位の筋肉の動作状態を示す。図12の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図12の(a)〜(c)に関する内容は図11の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その説明を省略する。
図12の(d)は電流の出力形態を示す。
制御部60は正面電極20により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、背面電極30により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力を制御する。一例では、制御部60は第2の屈曲動作モードの実行中において、背面電極30により背筋に電気刺激を付与し続ける。また、制御部60は角速度の値が所定の範囲に含まれている期間において、正面電極20に電流を出力させる。
時刻t81において、電気刺激装置1の電源がオンに設定され、第2の屈曲動作モードが実行されることにより、制御部60は背面電極30に電流を出力させる。時刻t82において、角速度の値が第1の閾値TF1未満の大きさから第1の閾値TF1以上の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20に電流を出力させる。時刻t83において、角速度の値が第2の閾値TF2以上の大きさから第2の閾値TF2未満の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20による電流の出力を停止させる。このように、制御部60は角速度の値が第1の閾値TF1未満の大きさから第1の閾値TF1以上の大きさに変化した後、第2の閾値TF2以上の範囲である第1の範囲に含まれる場合、正面電極20に電流を出力させる。
時刻t84において、角速度の値が第3の閾値TF3以上の大きさから第3の閾値TF3未満の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20に電流を出力させる。時刻t85において、角速度の値が第4の閾値TF4未満の大きさから第4の閾値TF4以上の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20による電流の出力を停止させる。このように、制御部60は角速度の値が第3の閾値TF3以上の大きさから第3の閾値TF3未満の大きさに変化した後、第4の閾値TF4未満の範囲である第2の範囲に含まれる場合、正面電極20に電流を出力させる。時刻t85以降も第2の屈曲動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t82〜時刻t85に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。なお、制御部60は第2の屈曲動作モードが停止されたとき、背面電極30による電流の出力を停止させる。
本願発明者は各種の電気刺激パターンによる評価試験を実施した。評価試験の目的は、各種の電気刺激パターンに基づく電気刺激が対象部位に付与された場合において、電気刺激パターンと腰まわりの筋肉が固められる感覚との関係、および電気刺激パターンと腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚との関係を評価することである。
評価試験の評価者の人数は5人である。この評価試験には電気刺激装置1が用いられる。各評価者は電気刺激装置1のベルト10を装着し、8種類の電気刺激パターンに基づく電気刺激を対象部位に受け、腰まわりの筋肉が固められる感覚、および腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚を評価した。
図13は評価試験の試験結果を示す。なお、図13の矢印は一方の電極の出力と他方の電極の出力とが交互に入れ替わることを示し、図13のドットは始めに電流を出力する電極を示している。
試験番号1〜4の評価試験は、評価者が歩行しているときに実施した試験である。試験番号1において実行された電気刺激パターンでは、制御部60は検出部40により右半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されるように正面電極20の出力を制御した。また、制御部60は検出部40により左半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されるように正面電極20の出力を制御した。
試験番号2において実行された電気刺激パターンは第1の歩行動作モードである。試験番号3において実行された電気刺激パターンは第2の歩行動作モードである。試験番号4において実行された電気刺激パターンは第3の歩行動作モードである。
試験番号5〜8の評価試験は、評価者が静止しているときに実施した試験である。試験番号5において実行された電気刺激パターンでは、制御部60は正面電極20から電流を出力する期間と、正面電極20による電流の出力を停止する期間とが所定の時間毎に入れ替わるように正面電極20の出力を制御した。試験番号6において実行された電気刺激パターンでは、制御部60は背面電極30から電流を出力する期間と、背面電極30による電流の出力を停止する期間とが所定の時間毎に入れ替わるように背面電極30の出力を制御した。
試験番号7において実行された電気刺激パターンでは、制御部60は正面電極20および背面電極30から電流を出力する期間と、正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止する期間とが所定の時間毎に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力を制御した。試験番号8において実行された電気刺激パターンでは、制御部60は正面電極20から電流を出力し、背面電極30による電流の出力を停止する期間と、正面電極20による電流の出力を停止し、背面電極30から電流を出力する期間とが所定の時間毎に入れ替わるように正面電極20および背面電極30を制御した。なお、試験番号5〜8における所定の時間の一例は3秒である。
負荷軽減評価の結果は腰まわりの筋肉が固められる感覚を評価した5人の評価者の評価結果の平均値である。鍛錬評価の結果は腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚を評価した5人の評価者の評価結果の平均値である。各評価者は腰まわりの筋肉が固められる感覚、および腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚を、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、および5.0の9段階の点数で評価した。評価の点数は1.0が最も弱く、5.0が最も強い。
次に、評価試験の結果について説明する。
試験番号1、5、6、8の電気刺激パターンでは負荷軽減評価の点数が3.0未満であるため、腰まわりの筋肉が固められる感覚が弱いと推定される。一方、試験番号2〜4、7の電気刺激パターンでは負荷軽減評価の点数が3.0以上であるため、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなると推定される。このため、試験番号2〜4、7の電気刺激パターンでは、腰にかかる負担が軽減されることが確認できる。さらに、試験番号2、4、7の電気刺激パターンでは負荷軽減評価の点数が4.0以上であるため、腰まわりの筋肉が固められる感覚が一層強くなると推定される。このため、試験番号2、4、7の電気刺激パターンでは、腰にかかる負担が一層軽減されることが確認できる。
試験番号6の電気刺激パターンでは鍛錬評価の点数が3.0未満であるため、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が弱いと推定される。一方、試験番号1〜5、7、8の電気刺激パターンでは鍛錬評価の点数が3.0以上であるため、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が強くなると推定される。このため、試験番号1〜5、7、8の電気刺激パターンでは、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が高められることが確認できる。さらに、試験番号2〜4、7の電気刺激パターンでは鍛錬評価の点数が4.0以上であるため、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が一層強くなると推定される。このため、試験番号2〜4、7の電気刺激パターンでは、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が一層高められることが確認できる。
図1〜図4を参照して、電気刺激装置1の動作について説明する。
電気刺激装置1はユーザー100により例えば次のように使用される。最初に、位置調節部14の頂点14Aが腰の中央に充てられ、身体に対するベルト10の装着位置が調節される。次に、正面電極20、背面電極30が対象部位に貼り付けられるようにベルト10が腰まわりに装着される。次に、電源スイッチ71が操作され、電気刺激装置1の電源がオフからオンに切り替えられる。次に、モード選択部72が操作され、その後にユーザー100が形成する動作に応じた動作モードが選択される。そして、ユーザー100はモード選択部72により選択した動作モードに対応する動作を形成する。
ユーザー100の動作にともない検出部40により腰の角速度が検出される。制御部60は検出部40の検出結果および選択された動作モードに基づいて正面電極20、背面電極30の出力を制御する。このため、対象部位である側腹筋および背筋に正面電極20、背面電極30から電気刺激が付与される。
側腹筋が電気刺激により収縮した場合、収縮した筋肉により腹圧が高められる。また、背筋が電気刺激により収縮した場合、収縮した筋肉により腰の姿勢が保持される。すなわち、身体の対象部位に電気刺激が付与されることにより腰の剛性が高められ、腰の姿勢が安定する。このため、電気刺激装置1によれば、身体の対象部位に電気刺激が付与されているときに腰にかかる負担が軽減される。
第1の実施の形態によれば、さらに以下の効果が得られる。
(1)側腹筋に電気刺激が付与されている期間、および背筋に電気刺激が付与されている期間に重複する期間が存在する場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。電気刺激装置1によれば、正面電極20により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、背面電極30により背筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極20、背面電極30の出力が制御されるため、腰にかかる負担がより軽減される。
(2)第1の期間および第2の期間が交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力が制御される場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が一層強くなることが試験により確認された。電気刺激装置1によれば、第1の歩行動作モード、第1の走行動作モード、および第1の捻転動作モードのうちのいずれかが実行された場合、上記のとおり正面電極20、背面電極30が制御されるため、腰にかかる負担が一層軽減される。
また、第1の期間および第2の期間が交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力が制御される場合、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が一層強くなることが試験により確認された。このため、電気刺激装置1において第1の歩行動作モード、第1の走行動作モード、および第1の捻転動作モードのうちのいずれかが実行されることにより、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が一層高められる。
(3)第3の期間および第4の期間が交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力が制御される場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。電気刺激装置1によれば、第2の歩行動作モード、第2の走行動作モード、および第2の捻転動作モードのうちのいずれかが実行された場合、上記のとおり正面電極20、背面電極30が制御されるため、腰にかかる負担がより軽減される。
また、第3の期間および第4の期間が交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力が制御される場合、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が一層強くなることが試験により確認された。このため、電気刺激装置1において第2の歩行動作モード、第2の走行動作モード、および第2の捻転動作モードのうちのいずれかが実行されることにより、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が一層高められる。
(4)第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間とが所定の期間において交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30が制御される場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が一層強くなることが試験により確認された。電気刺激装置1によれば、第3の歩行動作モード、第3の走行動作モード、および第3の捻転動作モードのうちのいずれかが実行された場合、上記のとおり正面電極20、背面電極30が制御されるため、腰にかかる負担が一層軽減される。
また、第1の正面電極21および第3の正面電極23により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の正面電極22および第4の正面電極24により側腹筋に電気刺激が付与されている期間とが所定の期間において交互に入れ替わるように正面電極20、背面電極30が制御される場合、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が一層強くなることが試験により確認された。このため、電気刺激装置1において第3の歩行動作モード、第3の走行動作モード、および第3の捻転動作モードのうちのいずれかが実行されることにより、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が一層高められる。
(5)正面電極20および背面電極30から電流を出力する期間と、正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止する期間とが所定の時間毎に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力が制御される場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が一層強くなることが試験により確認された。電気刺激装置1によれば、第1の屈曲動作モードおよび第2の屈曲動作モードのいずれかが実行された場合、上記のとおり正面電極20、背面電極30が制御されるため、腰にかかる負担が一層軽減される。
また、正面電極20および背面電極30から電流を出力する期間と、正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止する期間とが所定の時間毎に入れ替わるように正面電極20、背面電極30の出力が制御される場合、腰まわりの筋肉が鍛えられる感覚が一層強くなることが試験により確認された。このため、電気刺激装置1において第1の屈曲動作モードおよび第2の屈曲動作モードのいずれかが実行されることにより、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が一層高められる。
(6)電気刺激装置1によれば、第1の屈曲動作モードおよび第2の屈曲動作モードのいずれかが実行される場合、角速度の値が所定の範囲に含まれている期間において正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。角速度の値が所定の範囲に含まれるときのユーザー100の姿勢は、日常生活において形成されることが多い。このため、日常生活においても腰にかかる負担が軽減される。
(7)腰が動作することにより側腹筋および背筋を含む対象部位も動作する。電気刺激装置1によれば、検出部40の検出結果に含まれる腰の動作に関する情報に基づいて正面電極20、背面電極30から出力される電流が制御されるため、対象部位の動作に応じた電気刺激が対象部位に与えられやすい。
(8)歩行動作においてユーザー100の脚が着地するとき、腰にかかる負担が大きいことが知られている。一方、第3の歩行動作モードによれば、各脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングにおいて背面電極30により背筋に電気刺激が与えられているため、腰の剛性が高められ、腰の姿勢が安定する。このため、第3の歩行動作モードでは、腰にかかる負担が軽減されやすい。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の電気刺激装置1は以下に説明する点において第1の実施の形態の電気刺激装置1と相違し、その他の点において第1の実施の形態の電気刺激装置1と実質的に同じ構成を備える。なお、第2の実施の形態の電気刺激装置1の説明は第1の実施の形態の電気刺激装置1と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
図14に示されるとおり、電気刺激装置1は補助機構110を備える。補助機構110の機能は身体を動作させることである。補助機構110は椅子111およびモーター(図示略)を含む。椅子111の機能は身体を支持することである。椅子111の形態は回転椅子である。椅子111は座111Aおよび回転支持軸111Bを含む。座111Aは回転支持軸111Bに支持される。回転支持軸111Bは椅子111の高さ方向に伸びる軸であり、座111Aの回転中心と同軸を有する。モーターは椅子111の内部に設けられ、その出力軸が複数の歯車を介して回転支持軸111Bに接続される。なお、モーターは例えば制御部60(図4参照)により制御される。
第2の実施の形態の電気刺激装置1は第1の実施の形態の検出部40に代えてまたは加えて検出部120を備える。検出部120の機能は椅子111の動作を検出し、その検出結果が反映された信号を制御部60に出力することである。検出部120の一例は角速度センサーである。検出部120は例えば回転支持軸111Bに取り付けられる。すなわち、検出部120は椅子111に着座したユーザー100における身体の動作と相関を有する椅子111の角速度を検出する。一例では、人体の高さ方向に沿う軸である第1軸まわりにおける角速度が検出部120により検出される。
制御部60は例えば検出部120と無線により接続される。制御部60は検出部120の検出結果に含まれる身体の動作が反映された椅子111の動作に関する情報に基づいて正面電極20、背面電極30から出力される電流を制御する。一例では、制御部60はモード選択部72により第1の捻転動作モード、第2の捻転動作モード、および第3の捻転動作モードのいずれかが選択された場合に椅子111のモーターを制御して座111Aを回転させ、選択された動作モードおよび検出部120の検出結果に基づいて正面電極20、背面電極30の出力を制御する。
図14を参照して、電気刺激装置1の動作について説明する。
電気刺激装置1はユーザー100により例えば次のように使用される。最初に、位置調節部14の頂点14Aが腰の中央に充てられ、身体に対するベルト10の装着位置が調節される。次に、正面電極20、背面電極30が対象部位に貼り付けられるようにベルト10が腰まわりに装着される。次に、ユーザー100が補助機構110の椅子111に着座する。次に、電源スイッチ71が操作され、電気刺激装置1の電源がオフからオンに切り替えられる。そして、モード選択部72により第1の捻転動作モード、第2の捻転動作モード、および第3の捻転動作モードのいずれかが選択された場合、椅子111が所定の範囲を往復するように第1軸まわりに回転する。
椅子111の動作にともない検出部120により椅子111の角速度が検出される。制御部60は検出部120の検出結果および選択された動作モードに基づいて正面電極20、背面電極30の出力を制御する。このため、対象部位である側腹筋および背筋に正面電極20、背面電極30から電気刺激が付与される。
第2の実施の形態によれば、さらに以下の効果が得られる。
(9)電気刺激装置を使用するユーザー100の動作が安定しない場合、適切な電気刺激が対象部位に与えられないことがある。一方、電気刺激装置1によれば、身体の動作が補助機構110により決められるため、ユーザー100の動作が安定しやすい。このため、適切な電気刺激が対象部位に与えられやすい。なお、第2の実施の形態の電気刺激装置1によれば、第1の実施の形態により得られる作用および(1)〜(8)の効果と実質的に同じ作用および効果も得られる。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態の電気刺激装置1は以下に説明する点において第1の実施の形態の電気刺激装置1と相違し、その他の点において第1の実施の形態の電気刺激装置1と実質的に同じ構成を備える。なお、第3の実施の形態の電気刺激装置1の説明は第1の実施の形態の電気刺激装置1と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
図15は電気刺激装置1の電気的な接続関係を示す。電気刺激装置1は上部電極130をさらに備える。上部電極130の機能は対象部位の別の一例である斜角筋に電気刺激を付与することである。斜角筋は、前斜角筋、中斜角筋、および後斜角筋のうちの少なくとも1つを含む。上部電極130は例えばベルト10(図1参照)とは別に設けられる。上部電極130はコード90(図1参照)または別のコードを介して制御部60と電気的に接続される。
第3の実施の形態における電気刺激装置1は第1の実施の形態の検出部40に代えて検出部140を備える。検出部140の機能は身体の動作を検出し、その検出結果が反映された信号を制御部60に出力することである。検出部140の一例は変位計である。検出部140は例えばベルト10の内面に設けられる。一例では、検出部140はベルト10が身体に装着されたときの腹部に対応する部分に設けられ、腹部の膨張または収縮を検出する。すなわち、検出部140は身体の動作と相関を有する呼吸の動作を検出する。なお、変位計が0を示す基準値は操作部70の操作等により設定される。
制御部60は例えば検出部140とコード90を介して電気的に接続される。制御部60は検出部140の検出結果に含まれる呼吸の動作に関する情報に基づいて正面電極20、背面電極30、および上部電極130から出力される電流を制御する。
モード選択部72により選択可能な動作モードは、例えば第1の歩行動作モード〜第3の歩行動作モード、第1の走行動作モード〜第3の走行動作モード、および第1の捻転動作モード〜第3の捻転動作モードに代えて、呼吸動作モードを含む。呼吸動作モードは例えば静止状態において実行される。制御部60はモード選択部72により選択された動作モード、および検出部140の検出結果に基づいて正面電極20、背面電極30、および上部電極130から出力される電流を制御する。一例では、制御部60は検出部140により側腹筋が伸展していることが検出されたとき、正面電極20により側腹筋に電気刺激を付与するように正面電極20および上部電極130の出力を制御する。また、検出部140により斜角筋が伸展していることが検出されたとき、上部電極130により斜角筋に電気刺激を付与するように正面電極20および上部電極130の出力を制御する。
図16を参照して、呼吸動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。
図16の(a)は呼吸動作における呼吸フェーズを示す。呼吸動作の1周期は2つの呼吸フェーズ、すなわち、吸気期および呼気期に区分される。吸気期は息を吸い込んでいる期間である。呼気期は息を吐き出している期間である。
図16の(b)は対象部位の筋肉の動作状態を示す。呼吸フェーズが吸気期である場合、側腹筋が伸展し、かつ、斜角筋が収縮する。呼吸フェーズが吸気期から呼気期に変化するとき、側腹筋が呼吸動作において最も伸展し、斜角筋が呼吸動作において最も収縮する。この場合、斜角筋が主動筋として働き、側腹筋が拮抗筋として働く。
呼吸フェーズが呼気期である場合、側腹筋が収縮し、かつ、斜角筋が伸展する。呼吸フェーズが呼気期から吸気期に変化するとき、側腹筋が呼吸動作において最も収縮し、斜角筋が呼吸動作において最も伸展する。この場合、側腹筋が主動筋として働き、斜角筋が拮抗筋として働く。
図16の(c)は検出部140の検出結果から得られた変位計の値を示す。
電気刺激装置1を使用するユーザー100が呼吸動作を形成する場合、検出部140により腹部の膨張または収縮が検出される。一例では、腹部が膨張している場合は変位計の値が正の方向に変化し、腹部が収縮している場合は変位計の値が負の方向に変化する。制御部60はモード選択部72により選択された動作モード、および変位計の値の変化に基づいて正面電極20、背面電極30、および上部電極130から出力される電流を制御する。
図16の(d)は電流の出力形態を示す。
制御部60は時刻t91以前において、電気刺激装置1の電源がオンに設定され、呼吸動作モードが実行されることにより背面電極30に電流を出力させる。時刻t91において、変位計の値が負の方向から正の方向に変化した場合、制御部60は正面電極20に電流を出力させる。変位計の値が正の方向に変化する場合、側腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は側腹筋が伸展していることが検出部140により検出されたとき、その側腹筋に電気刺激が与えられるように正面電極20から電流を出力させる。
時刻t92において、変位計の値が正の方向から負の方向に変化した場合、制御部60は正面電極20による電流の出力を停止させ、上部電極130に電流を出力させる。変位計の値が負の方向に変化する場合、斜角筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部60は斜角筋が伸展していることが検出部140により検出されたとき、その斜角筋に電気刺激が与えられるように上部電極130から電流を出力させる。
時刻t93において、変位計の値が負の方向から正の方向に変化した場合、制御部60は上部電極130による電流の出力を停止させ、正面電極20に電流を出力させる。時刻t93以降も呼吸動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t92〜時刻t93に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
第3の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(10)呼吸することにより側腹筋および斜角筋を含む対象部位も動作する。電気刺激装置1によれば、検出部140の検出結果に含まれる呼吸の動作に関する情報に基づいて正面電極20、背面電極30、および上部電極130から出力される電流が制御されるため、対象部位の動作に応じた電気刺激が側腹筋および斜角筋に与えられやすい。また、呼吸の動作は日常生活において常に行われている。このため、電気刺激装置1を使用する環境が限定されにくい。なお、第3の実施の形態における電気刺激装置1によれば、第1の実施の形態により得られる作用および(1)、(6)の効果と実質的に同じ作用および効果も得られる。
(変形例)
上記各実施の形態に関する説明は本発明に従う電気刺激装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う電気刺激装置は上記各実施の形態以外に例えば以下に示される各実施の形態の変形例、および相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
・第3の実施の形態における電気刺激装置1の呼吸動作モードにおける背面電極30の出力形態は任意に変更可能である。一例では、制御部60は呼吸動作モードにおいて背面電極30から電流を出力させない。なお、電気刺激装置1は背面電極30を省略した形態を取り得る。
・第3の実施の形態における電気刺激装置1の呼吸動作モードにおける正面電極20および上部電極130の出力形態は任意に変更可能である。一例では、変位計の値が負の方向から正の方向に変化した場合、制御部60は上部電極130に電流を出力させ、変位計の値が正の方向から負の方向に変化した場合、制御部60は正面電極20に電流を出力させる。このため、主動筋として働く側腹筋および斜角筋に電気刺激が与えられる。
・第3の実施の形態における電気刺激装置1の上部電極130により電気刺激を付与可能な対象部位は任意に変更可能である。一例では、斜角筋に代えてまたは加えて、胸鎖乳突筋、横隔膜、および外肋間筋のうちの少なくとも1つが対象部位に含まれる。
・第3の実施の形態における電気刺激装置1は正面電極20および上部電極130の一方を省略した形態を取り得る。
・第3の実施の形態における電気刺激装置1の検出部140の形態は任意に変更可能である。第1の例では、検出部140は歪センサーである。第2の例では、検出部140は呼気ガス分析計である。
・第3の実施の形態の変形例における電気刺激装置1は、第1の実施の形態の検出部40をさらに備える。この変形例では、モード選択部72により選択可能な動作モードに、第1の歩行動作モード〜第3の歩行動作モード、第1の走行動作モード〜第3の走行動作モード、第1の捻転動作モード〜第3の捻転動作モード、第1の屈曲動作モード〜第2の屈曲動作モード、および呼吸動作モードのうちの少なくとも1つが含まれる。
・第3の実施の形態の変形例における電気刺激装置1によれば、操作部70からモード選択部72が省略される。この変形例では、電気刺激装置1の電源がオンに設定されることにより、例えば呼吸動作モードが自動的に選択される。
・第2の実施の形態における電気刺激装置1の補助機構110の形態は任意に変更可能である。第1の例では、補助機構110はバランスボールおよび空気供給部を含む。バランスボールは例えばその空気圧が空気供給部により変更される。第2の例では、補助機構110はストレッチポールおよびモーターを含む。ストレッチポールはモーターが駆動することにより、その長手方向に沿う軸まわりに回転する。
・検出部40の形態は任意に変更可能である。第1の例では、検出部40はゴニオメーター等の角度センサーである。第2の例では、検出部40は加速度センサーである。第3の例では、検出部40は荷重センサーである。
・身体に対する正面電極20の貼付形態は任意に変更可能である。なお、以下の変形例において身体の高さ方向における電極間の間隔が広い場合、その間隔に応じてベルト10の幅が変更される、または、電極を取付け可能な別の部材がベルト10に取り付けられる。
第1の変形例では、図17に示されるとおり、第1の正面電極21、第2の正面電極22、第3の正面電極23、および第4の正面電極24は腹直筋を避けるように肋骨と腸骨との間の側腹筋に貼り付けられる。側腹筋は、腹横筋、内腹斜筋、および外腹斜筋を含む。第1の正面電極21〜第4の正面電極24の長手方向は身体の高さ方向に沿う。身体の左右方向における第1の正面電極21の貼付位置と第2の正面電極22の貼付位置との間隔は、身体の左右方向における第3の正面電極23の貼付位置と第4の正面電極24の貼付位置との間隔よりも広い。
第2の変形例では、正面電極20は第1の正面電極21〜第4の正面電極24に加えて、第5の正面電極25および第6の正面電極26を含む。第5の正面電極25は例えば第2の部分12の内面に設けられる。第6の正面電極26は例えば第3の部分13の内面に設けられる。図18に示されるとおり、第1の正面電極21〜第6の正面電極26は腹直筋を避けるように肋骨と腸骨との間の側腹筋に貼り付けられる。側腹筋は、腹横筋、内腹斜筋、および外腹斜筋を含む。第1の正面電極21〜第6の正面電極26の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第5の正面電極25は身体の高さ方向において第1の正面電極21と第3の正面電極23との間に貼り付けられる。第6の正面電極26は身体の高さ方向において第2の正面電極22と第4の正面電極24との間に貼り付けられる。身体の左右方向における第5の正面電極25の貼付位置と第6の正面電極26の貼付位置との間隔は、身体の左右方向における第1の正面電極21の貼付位置と第2の正面電極22の貼付位置との間隔よりも広い。
第3の変形例では、図19に示されるとおり、第1の正面電極21〜第4の正面電極24は腹直筋に貼り付けられる。第1の正面電極21〜第4の正面電極24の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。この第3の変形例における電気刺激装置1によれば、腹直筋に電気刺激が与えられることにより重心が身体の背面側に移動するため、腰にかかる負担が軽減される。第3の変形例では、1つまたは複数の別の正面電極が側腹筋に貼り付けられてもよい。なお、上記第1の変形例〜第3の変形例において、正面電極20による電流の出力形態、および正面電極20の長手方向の向き等は任意に変更可能である。
・身体に対する背面電極30の貼付形態は任意に変更可能である。なお、以下の変形例において身体の高さ方向における電極間の間隔が広い場合、その間隔に応じてベルト10の幅が変更される、または、電極を取付け可能な別の部材がベルト10に取り付けられる。
第1の変形例では、図20に示されるとおり、第1の背面電極31および第2の背面電極32は肋骨と腸骨との間の背筋において、背骨を跨ぐように貼り付けられる。背筋は例えば腰部多裂筋を含む。第1の背面電極31、第2の背面電極32の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第1の背面電極31は身体の高さ方向において第2の背面電極32よりも上方に貼り付けられる。なお、第1の変形例における電気刺激装置1によれば、第3の背面電極33、第4の背面電極34、および位置調節部14が省略される。
第2の変形例では、図21に示されるとおり、第1の背面電極31〜第4の背面電極34は肋骨付近の背筋に貼り付けられる。背筋は例えば脊柱起立筋および広背筋を含む。第1の背面電極31〜第4の背面電極34の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。
第3の変形例では、図22に示されるとおり、第1の背面電極31〜第4の背面電極34は肋骨付近の背筋に貼り付けられる。背筋は例えば脊柱起立筋および広背筋を含む。第1の背面電極31〜第4の背面電極34の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。身体の高さ方向における第1の背面電極31と第3の背面電極33との間隔、および第2の背面電極32と第4の背面電極34との間隔は、上記第2の変形例(図21参照)よりも広い。
第4の変形例では、図23に示されるとおり、第1の背面電極31〜第4の背面電極34は臀筋に貼り付けられる。臀筋は例えば大臀筋を含む。第1の背面電極31〜第4の背面電極34の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。この第4の変形例における電気刺激装置1によれば、第1の背面電極31〜第4の背面電極34により対象部位の別の一例である臀筋に電気刺激が付与される。臀筋が電気刺激により収縮した場合、収縮した筋肉により胸腰筋膜の張力を増加させ、腰椎の安定性が高められる。また、仙結節靭帯が緊張するため、仙骨関節の安定性も高められる。このため、第4の変形例における電気刺激装置1によれば、腰にかかる負担が軽減される。
第5の変形例では、図24に示されるとおり、第1の背面電極31〜第4の背面電極34は臀筋に貼り付けられる。臀筋は例えば大臀筋を含む。第1の背面電極31〜第4の背面電極34の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。身体の左右方向における第1の背面電極31の貼付位置と第2の背面電極32の貼付位置との間隔は、身体の左右方向における第3の背面電極33の貼付位置と第4の背面電極34の貼付位置との間隔よりも広い。この第5の変形例における電気刺激装置1によれば、第1の背面電極31〜第4の背面電極34により対象部位の別の一例である臀筋に電気刺激が付与される。
第6の変形例では、図25に示されるとおり、第1の背面電極31および第2の背面電極32は肋骨と腸骨との間の背筋に貼り付けられ、第3の背面電極33は肋骨付近の背筋において背骨を跨ぐように貼り付けられる。背筋は例えば腰部多裂筋、脊柱起立筋、および広背筋を含む。第1の背面電極31〜第3の背面電極33の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。第3の背面電極33は身体の高さ方向において第1の背面電極31および第2の背面電極32よりも上方に貼り付けられる。このように、第1の背面電極31〜第3の背面電極33が身体の背骨上およびその両側に貼り付けられるため、第1の背面電極31〜第3の背面電極33から出力される電流が神経に流れやすい。このため、腰にかかる負担が軽減されやすい。なお、第6の変形例における電気刺激装置1によれば、第4の背面電極34および位置調節部14が省略される。
第7の変形例では、図26に示されるとおり、第1の背面電極31および第2の背面電極32は背筋に貼り付けられ、第3の背面電極33および第4の背面電極34は臀筋に貼り付けられる。第1の背面電極31〜第4の背面電極34の長手方向はベルト10の長手方向に沿う。この第7の変形例における電気刺激装置1によれば、第1の背面電極31〜第4の背面電極34により対象部位の一例である背筋および臀筋に電気刺激が付与される。なお、上記第1〜第7の変形例において、背面電極30による電流の出力形態、および背面電極30の長手方向の向き等は任意に変更可能である。
・変形例のモード選択部72により選択可能な動作モードは、第4の歩行動作モードおよび第5の歩行動作モードの少なくとも一方をさらに含む。
図27を参照して、第4の歩行動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図27の(a)は歩行動作における脚の歩行フェーズを示す。図27の(b)は側腹筋の動作状態を示す。図27の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図27の(a)〜(c)に関する内容は図5の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その共通する事項の説明の一部または全部を省略する。
第4の歩行動作モードにおいて参照される閾値は例えば第1の閾値TL1および第2の閾値TL2である。第1の閾値TL1は例えば角速度が正の値を示す領域に存在し、右脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングを検出するために設定される。第2の閾値TL2は例えば角速度が負の値を示す領域に存在し、左脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングを検出するために設定される。閾値TL1、TL2は例えば検出部40の検出結果に基づいてユーザー100毎に決められる。なお、各脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングにおける角速度の値が、第1の閾値TL1と第2の閾値TL2との間に含まれるように閾値TL1、TL2を設定してもよい。
図27の(d)は電流の出力形態を示す。
時刻t101において、角速度の値が第1の閾値TL1以上の大きさから第1の閾値TL1未満の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、および背面電極30に電流を出力させる。時刻t101は例えば右脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行する時刻である。時刻t102において、角速度の値が第2の閾値TL2以上の大きさから第2の閾値TL2未満の大きさに変化した場合、制御部60は第1の正面電極21、第3の正面電極23、および背面電極30による電流の出力を停止させる。
時刻t103において、角速度の値が第2の閾値TL2未満の大きさから第2の閾値TL2以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、および背面電極30に電流を出力させる。時刻t103は例えば左脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行する時刻である。時刻t104において、角速度の値が第1の閾値TL1未満の大きさから第1の閾値TL1以上の大きさに変化した場合、制御部60は第2の正面電極22、第4の正面電極24、および背面電極30による電流の出力を停止させる。時刻t104以降も第4の歩行動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t101〜時刻t104に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
図28を参照して、第5の歩行動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。図28の(a)は歩行動作における脚の歩行フェーズを示す。図28の(b)は側腹筋の動作状態を示す。図28の(c)は検出部40の検出結果から得られた角速度の値を示す。図28の(a)〜(c)に関する内容は図27の(a)〜(c)に関する内容と実質的に同じであるため、その説明を省略する。
図28の(d)は電流の出力形態を示す。なお、第5の歩行動作モードは試験番号7(図13参照)の電気刺激パターンを歩行動作モードに適用したものである。
時刻t111において、角速度の値が第1の閾値TL1以上の大きさから第1の閾値TL1未満の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。時刻t111は例えば右脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行する時刻である。時刻t112において、角速度の値が第2の閾値TL2以上の大きさから第2の閾値TL2未満の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止させる。
時刻t113において、角速度の値が第2の閾値TL2未満の大きさから第2の閾値TL2以上の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30に電流を出力させる。時刻t113は例えば左脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行する時刻である。時刻t114において、角速度の値が第1の閾値TL1未満の大きさから第1の閾値TL1以上の大きさに変化した場合、制御部60は正面電極20および背面電極30による電流の出力を停止させる。時刻t114以降も第5の歩行動作モードが継続される場合、制御部60は時刻t111〜時刻t114に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。
歩行動作においてユーザー100の脚が着地するとき、腰にかかる負担が大きいことが知られている。一方、第4の歩行動作モードおよび第5の歩行動作モードによれば、各脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行するタイミングで対応する対象部位に電気刺激が与えられる。このため、第4の歩行動作モードおよび第5の歩行動作モードでは、腰にかかる負担が軽減されやすい。なお、閾値TL1、TL2は別の検出部に基づいて設定されてもよい。別の検出部の一例は加速度センサーまたは圧力センサーである。
・変形例のモード選択部72により選択可能な動作モードは、第1の歩行動作モード〜第3の歩行動作モード、第1の走行動作モード〜第3の走行動作モード、第1の捻転動作モード〜第3の捻転動作モード、および第1の屈曲動作モード〜第2の屈曲動作モードのうちの少なくとも1つを省略した形態を取り得る。なお、モード選択部72により選択可能な動作モードから全部の動作モードが省略される場合、電気刺激装置1はモード選択部72を省略した形態を取り得る。
・変形例の電気刺激装置1はモード選択部72を省略した形態を取り得る。一例では、電気刺激装置1は歩行動作、走行動作、捻転動作、および屈曲動作のうちの少なくとも1つを判別可能な別の検出部を備える。制御部60は検出部40および別の検出部の検出結果に基づいて、正面電極20、背面電極30から出力される電流を制御する。
・変形例の電気刺激装置1は、ベルト10、位置調節部14、報知部80、およびコード90のうちの少なくとも1つを省略した形態を取り得る。電気刺激装置1からベルト10が省略される場合、正面電極20、背面電極30は個別に身体に取り付けられる。電気刺激装置1からコード90が省略される場合、制御部60、検出部40、および正面電極20、背面電極30は無線により電気的に接続される。
・正面電極20が拮抗筋に電気刺激を付与するか否かは任意に変更可能である。一例では、制御部60は検出部40により右半身の側腹筋が収縮していることが検出されたとき、第1の正面電極21により側腹筋に電気刺激を付与し、検出部40により左半身の側腹筋が収縮していることが検出されたとき、第2の正面電極22により側腹筋に電気刺激を付与する。なお、背面電極30においても同様の変形が成立する。
・正面電極20の数は任意に変更可能である。第1の例では、正面電極20の数は1枚以上3枚以下である。第2の例では、正面電極20の数は5枚以上である。
・背面電極30の数は任意に変更可能である。第1の例では、背面電極30の数は1枚以上3枚以下である。第2の例では、背面電極30の数は5枚以上である。
・変形例の電気刺激装置1は、正面電極20および背面電極30に代えて1枚の電極を備える。この電極の機能は側腹筋と、背筋および臀筋の少なくとも一方とを含む身体の対象部位に電気刺激を付与することである。すなわち、1枚の電極は例えばベルト10の内面のうちの第1の部分11と第2の部分12および第3の部分13の少なくとも一方とに跨るように設けられる。
(電気刺激装置が取り得る形態の一例)
〔1〕本発明に従う電気刺激装置の一形態は、側腹筋と、背筋および臀筋の少なくとも一方とを含む身体の対象部位に電気刺激を付与可能な電極から出力される電流を、身体の動作を検出可能な検出部の検出結果に基づいて制御する制御部を備える。
側腹筋が電気刺激により収縮した場合、収縮した筋肉により腹圧が高められる。また、背筋および臀筋の少なくとも一方が電気刺激により収縮した場合、収縮した筋肉により腰の姿勢が保持される。すなわち、身体の対象部位に電気刺激が付与されることにより腰の剛性が高められ、腰の姿勢が安定する。このため、この電気刺激装置の一形態によれば、身体の対象部位に電気刺激が付与されているときに腰にかかる負担が軽減される。
〔2〕電気刺激装置の一形態によれば、電極は側腹筋に電気刺激を付与可能な正面電極、ならびに、背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激を付与可能な背面電極を含む。加えて、制御部は正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極および背面電極の出力を制御してもよい。
側腹筋に電気刺激が付与されている期間、ならびに、背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間に重複する期間が存在する場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担がより軽減される。
〔3〕電気刺激装置の一態様によれば、正面電極は右半身に電気刺激を付与可能な第1の正面電極、および左半身に電気刺激を付与可能な第2の正面電極を含む。加えて、制御部は第1の正面電極および第2の正面電極の少なくとも一方により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極および背面電極の出力を制御してもよい。
この電気刺激装置の一態様によれば、正面電極が1つである場合と比較して多様な電気刺激が対象部位に与えられるため、複数の正面電極から出力される電気刺激を身体の状態および身体の動作に応じて柔軟にユーザーに提供できる。また、右半身および左半身の少なくとも一方の側腹筋に電気刺激が付与されている期間、ならびに、背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間に重複する期間が存在する場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担がより軽減される。
〔4〕電気刺激装置の一態様によれば、背面電極は右半身に電気刺激を付与可能な第1の背面電極、および左半身に電気刺激を付与可能な第2の背面電極を含む。加えて、制御部は第1の背面電極および第2の背面電極の少なくとも一方により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間と、正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように正面電極および背面電極の出力を制御してもよい。
この電気刺激装置の一態様によれば、背面電極が1つである場合と比較して多様な電気刺激が対象部位に与えられるため、複数の背面電極から出力される電気刺激を身体の状態および身体の動作に応じて柔軟にユーザーに提供できる。また、側腹筋に電気刺激が付与されている期間、ならびに、右半身および左半身の少なくとも一方の背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間に重複する期間が存在する場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担がより軽減される。
〔5〕電気刺激装置の一態様によれば、第1の正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第1の背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する第1の期間を有する。また、第2の正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する第2の期間を有する。加えて、この電気刺激装置の一態様によれば、制御部がこの第1の期間と第2の期間が交互に入れ替わるように正面電極および背面電極の出力を制御してもよい。
この電気刺激装置の一態様によれば、このように正面電極および背面電極の出力が制御されるため、右半身の筋肉および左半身の筋肉がそれぞれ同じように収縮または伸展するような身体の動作が形成された場合、腰まわりの筋肉のトレーニング効果が高められやすい。また、第1の期間と第2の期間とが交互に入れ替わる場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担がより軽減される。
〔6〕電気刺激装置の一態様によれば、第1の正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第2の背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する第3の期間を有する。また、第2の正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、第1の背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複する第4の期間を有する。加えて、この電気刺激装置の一態様によれば、制御部がこの第3の期間と第4の期間が交互に入れ替わるように正面電極および背面電極の出力を制御してもよい。
第3の期間と第4の期間とが交互に入れ替わる場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担がより軽減される。
〔7〕電気刺激装置の一態様によれば、制御部が第1の背面電極および第2の背面電極の両方により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激を付与している所定の期間を有する。かつ、この所定の期間において、制御部が第1の正面電極および第2の正面電極の一方により側腹筋に電気刺激を付与し、第1の正面電極および第2の正面電極の他方により側腹筋に電気刺激が付与されないように正面電極および背面電極の出力を制御してもよい。
この所定の期間において、第1の正面電極および第2の正面電極の一方が側腹筋に電気刺激を付与する場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担がより軽減される。
〔8〕電気刺激装置の一態様によれば、制御部が第1の背面電極および第2の背面電極の両方により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激を付与している所定の期間を有する。かつ、この所定の期間において、制御部が第1の正面電極および第2の正面電極のうちの側腹筋に電気刺激を付与する電極および側腹筋に電気刺激を付与しない電極が交互に入れ替わるように正面電極の出力を制御してもよい。
この所定の期間において、第1の正面電極により右半身に電気刺激が与えられる期間と第2の正面電極により左半身に電気刺激が与えられる期間とが交互に入れ替わる場合、腰まわりの筋肉が固められる感覚が一層強くなることが試験により確認された。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、腰にかかる負担が一層軽減される。
〔9〕電気刺激装置の一態様によれば、制御部は、検出部により右半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、第1の正面電極により側腹筋に電気刺激を付与し、検出部により左半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、第2の正面電極により側腹筋に電気刺激を付与してもよい。
伸展している筋肉に対して電気刺激が付与された場合、その筋肉が伸展中において電気刺激により収縮させられるため、その筋肉にかかる負荷が大きくなる。このため、その筋肉のトレーニング効果が高められる。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、側腹筋のトレーニング効果が高められる。
〔10〕電気刺激装置の一態様によれば、制御部が検出部の検出結果に含まれる腰の動作に関する情報に基づいて電極の出力を制御してもよい。
腰が動作することにより側腹筋と、背筋および臀筋の少なくとも一方とを含む対象部位も動作する。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、対象部位の動作に応じた電気刺激が対象部位に与えられやすい。
〔11〕電気刺激装置の一態様によれば、検出部は身体を動作させる補助機構の動作を検出し、制御部が検出部の検出結果に含まれる身体の動作が反映された補助機構の動作に関する情報に基づいて電極の出力を制御してもよい。
電気刺激装置を使用するユーザーの動作が安定しない場合、適切な電気刺激が対象部位に与えられないことがある。一方、この電気刺激装置の一態様によれば、身体の動作が補助機構により決められるため、ユーザーの動作が安定しやすい。このため、適切な電気刺激が対象部位に与えられやすい。
〔12〕電気刺激装置の一態様によれば、制御部が検出部の検出結果に含まれる呼吸の動作に関する情報に基づいて電極の出力を制御してもよい。
呼吸することにより側腹筋も動作する。このため、この電気刺激装置の一態様によれば、側腹筋の動作に応じた電気刺激が側腹筋に与えられやすい。一例では、伸展している側腹筋に電気刺激を与えることにより側腹筋にかかる負荷が大きくなるため、側腹筋のトレーニング効果が高められる。また、呼吸の動作は日常生活において常に行われている。このため、上記電気刺激装置を使用する環境が限定されにくい。
本発明に従う電気刺激装置は側腹筋および背筋をはじめとして身体の各部分のトレーニングに利用できる。
1 電気刺激装置
10 ベルト
11 第1の部分
12 第2の部分
13 第3の部分
14 位置調節部
14A 頂点
20 正面電極
21 第1の正面電極
22 第2の正面電極
23 第3の正面電極
24 第4の正面電極
25 第5の正面電極
26 第6の正面電極
30 背面電極
31 第1の背面電極
32 第2の背面電極
33 第3の背面電極
34 第4の背面電極
40,120,140 検出部
50 コントローラー
51 電源部
60 制御部
70 操作部
71 電源スイッチ
72 モード選択部
80 報知部
90 コード
100 ユーザー
110 補助機構
111 椅子
111A 座
111B 回転支持軸
130 上部電極

Claims (7)

  1. 側腹筋と、背筋および臀筋の少なくとも一方とを含む身体の対象部位に電気刺激を付与可能な電極から出力される電流を、前記身体の動作を検出可能な検出部の検出結果に基づいて制御する制御部を備え
    前記電極は側腹筋に電気刺激を付与可能な正面電極、ならびに、背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激を付与可能な背面電極を含み、 前記制御部は前記正面電極により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、前記背面電極により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように前記正面電極および前記背面電極の出力を制御し、 前記正面電極は右半身に電気刺激を付与可能な第1の正面電極、および左半身に電気刺激を付与可能な第2の正面電極を含み、
    前記背面電極は右半身に電気刺激を付与可能な第1の背面電極、および左半身に電気刺激を付与可能な第2の背面電極を含み、
    前記制御部は前記第1の正面電極および前記第2の正面電極の少なくとも一方により側腹筋に電気刺激が付与されている期間と、前記第1の背面電極および前記第2の背面電極の少なくとも一方により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激が付与されている期間との一部または全部が重複するように前記正面電極および前記背面電極の出力を制御し、
    前記制御部は前記第1の背面電極および前記第2の背面電極の両方により背筋および臀筋の少なくとも一方に電気刺激を付与している所定の期間において、前記第1の正面電極および前記第2の正面電極の一方により側腹筋に電気刺激を付与し、前記第1の正面電極および前記第2の正面電極の他方により側腹筋に電気刺激が付与されないように前記正面電極および前記背面電極の出力を制御する、
    電気刺激装置。
  2. 前記制御部は前記所定の期間において前記第1の正面電極および前記第2の正面電極のうちの側腹筋に電気刺激を付与する電極および側腹筋に電気刺激を付与しない電極が交互に入れ替わるように前記正面電極の出力を制御する、
    請求項1に記載の電気刺激装置。
  3. 前記制御部は、前記検出部により右半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、前記第1の正面電極により側腹筋に電気刺激を付与し、前記検出部により左半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、前記第2の正面電極により側腹筋に電気刺激を付与する、
    請求項1に記載の電気刺激装置。
  4. 前記制御部は、前記検出部により右半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、前記第1の正面電極により側腹筋に電気刺激を付与し、前記検出部により左半身の側腹筋が伸展していることが検出されたとき、前記第2の正面電極により側腹筋に電気刺激を付与する、
    請求項2に記載の電気刺激装置。
  5. 前記制御部は前記検出部の検出結果に含まれる腰の動作に関する情報に基づいて前記電極の出力を制御する、
    請求項3〜4のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
  6. 前記検出部は前記身体を動作させる補助機構の動作を検出し、 前記制御部は前記検出部の検出結果に含まれる前記身体の動作が反映された前記補助機構の動作に関する情報に基づいて前記電極の出力を制御する、
    請求項3〜4のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
  7. 前記制御部は前記検出部の検出結果に含まれる呼吸の動作に関する情報に基づいて前記電極の出力を制御する、
    請求項3〜4のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
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