JP7039192B2 - 生体刺激用信号波生成装置 - Google Patents

Description

この発明は、生体刺激用信号波を生成し出力する生体刺激用信号波生成装置に関する。

生体が外界より受ける刺激には、光、音、振動、温度等がある。また、これらの刺激の中にも多くのパターンがあり、不快に感じさせるものや、気持ちよく感じさせるもの、癒しを感じさせるものなど様々である。

しかしながら、川のせせらぎ、木漏れ日、モーツァルトの曲などから感じられる音、光あるいは振動において、大半の人は気持ちよさや癒しを感じることに異論のないところであり、また、これらの音や光の信号を分析すると１／ｆゆらぎが検出させることも周知の事実である。

このようなことから、生体に刺激を与える装置、たとえば、低周波電気治療器や照明装置、電動マッサージ器、扇風機などにも１／ｆ調のゆらぎを取り入れられたものが提案されている（たとえば下記特許文献１，２参照）。

ところで、１／ｆ調のゆらぎを有する信号を生成するにあたっては、一部電子回路によるものを除いては、コンピュータプログラムによって生成されるのが一般的である。

１／ｆゆらぎにだけ着目すると、ピンクノイズ等は完全なる１／ｆゆらぎを有するが、音として聞くと全く不快な音であり、プログラムによって実際に有効な、つまり気持ちよさや癒しを感じさせる信号を生成するのは難しい。また、プログラムで生成される１／ｆ調のゆらぎをもつ信号は、プログラムを変更しない限り一定のものとなることは当然である。

特開平９－４７５１６号公報 特開２００９－２６６４８４号公報

それ故この発明は、生体に与える刺激信号をプログラムにより人工的に生成するのではなく、たとえば、木漏れ日、川のせせらぎ、気持ちの良い音楽や好みの音楽、あるいは母親の心音等の、外界に存在する信号から、その信号を反映した生体刺激用信号波を生成、出力することができる生体刺激用信号波生成装置を提供することを目的とする。

この発明の生体刺激用信号波生成装置は、外部信号が入力される信号入力部と、前記信号取得部で取得した外部信号に含まれる周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素の少なくとも１つで変調されたかつ／または前記外部信号の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成し出力する出力波形生成部と、を備え、前記出力波形生成部は、前記外部信号に含まれる前記周波数要素、前記エンベロープ要素および前記振幅要素の少なくとも１つで周波数変調された前記第１の生体刺激用信号波を生成するよう構成され、前記第１の生体刺激用信号波を供給されて高周波交番磁界磁場を発生する少なくとも１つの第１のコイルと前記第２の生体刺激用信号波を供給されて低周波交番磁界を発生する少なくとも１つの第２のコイルとを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルは、コイル軸線方向にみて互いにオーバーラップするように配置され、前記高周波交番磁界の波形に、前記低周波交番磁界の波形に関連した特性を持たせている。

また、この発明の生体刺激用信号波生成装置にあっては、前記出力波形生成部は、前記外部信号に含まれる前記エンベロープ要素または前記振幅要素で振幅変調された前記第１の生体刺激用信号波を生成するよう構成されていることが好ましい。

さらに、この発明の生体刺激用信号波生成装置にあっては、前記外部信号に基づく第２の生体刺激用信号波を供給されて低周波交番磁界を発生する少なくとも１つの第２のコイルを備えることが好ましく、この場合、第１のコイルと第２のコイルは、コイル軸線方向にみて互いにオーバーラップするよう配置されていることが好ましい。前記第２のコイルは、前記第２の生体刺激用信号波として低周波信号波が供給された際に、感覚神経を伝達し、脊髄後角を経て脳へと到達する刺激をもたらす低周波磁界を発生する。

さらに、この発明の生体刺激用信号波生成装置にあっては、前記外部信号を音響、映像および／または振動として出力する体感出力部を備えることが好ましい。

さらに、この発明の生体刺激用信号波生成装置にあっては、前記外部信号は可聴周波数帯域の音信号であることが好ましい。

加えて、この発明の生体刺激用信号波生成装置にあっては、信号入力部で取得した外部信号および／または、信号入力部で取得した外部信号に含まれる周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素を記憶する記憶部を備えていることが好ましい。これにより、外部信号を外部から信号入力部に毎回入力することなしに、装置内部の記憶部から外部信号を取り出して生体刺激用信号波を生成することができる。さらに、この発明の生体刺激用信号波生成装置にあっては、前記高周波交番磁界は３０～３００ＭＨｚ帯の交番磁界であり、前記低周波交番磁界は１～３ｋＨｚ帯の交番磁界であることが好ましい。

この発明の生体刺激用信号波生成装置によれば、出力波形生成部が外部信号の周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素の少なくとも１つで変調されたかつ／または前記外部信号の出力タイミングに同期した生体刺激用信号波を生成するので、外界に存在する信号を反映した生体刺激用信号波を容易に生成することができる。

この発明の一実施形態の生体刺激用信号波生成装置のブロック構成図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置の信号入力部および体感出力部を説明するブロック図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置における入力信号処理部を波形とともに説明するブロック図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置における信号波生成部で生成される基本信号または第１の生体刺激用信号波（波形＜１＞）を示す図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置における第２の生体刺激用信号波用の出力調整部を説明するブロック図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置における第２の生体刺激用信号波用の出力調整部を波形とともに説明するブロック図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の半波に同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープで振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープで振幅変調されるとともに外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の半波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の全波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の周波数をＭＨｚ帯へ変換して外部信号の周波数に比例した周波数を有する第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の周波数に比例した周波数を有するとともに、外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の周波数に比例した周波数を有するとともに、外部信号のエンベロープで振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の周波数に比例した周波数を有するとともに、外部信号のエンベロープで振幅変調され、かつ外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の周波数に比例した周波数を有するとともに、外部波信号の半波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の周波数に比例した周波数を有するとともに、外部信号の全波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープに比例した周波数を有する第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープに比例した周波数を有するとともに、外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープに比例した周波数を有するとともに、該エンベロープで振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープに比例した周波数を有するとともに、外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープに比例した周波数を有するとともに、外部信号の半波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号のエンベロープに比例した周波数を有するとともに、外部信号の全波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の振幅に比例した周波数を有する第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の振幅に比例した周波数を有するとともに、外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の振幅に比例した周波数を有するとともに、外部信号のエンベロープで振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の振幅に比例した周波数を有するとともに、外部信号のエンベロープで振幅変調されかつ外部信号の半波の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の振幅に比例した周波数を有するとともに、外部信号の半波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。 図１の生体刺激用信号波生成装置を用い、外部信号の振幅に比例した周波数を有するとともに、外部信号の全波で振幅変調された第１の生体刺激用信号波を生成する例を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここで、図１は、この発明の一実施形態の生体刺激用信号波生成装置のブロック構成図である。生体には、人体が含まれる。生体には、人体以外の動物も含まれる。

図１に示すように、この実施形態の生体刺激用信号波生成装置は、主として、入力部１０と、入力信号処理部１１と、出力波形生成部１２と、出力部１３と、操作部１４と、画面表示装置１５とから構成される。この生体刺激用信号波生成装置は図示しない外部電源あるいは内部に配設され得るバッテリにより駆動される。画面表示装置１５は、動作指示部１６による指示の下、生体刺激用信号波生成装置における操作状態や出力状態を表示する。操作部１４は、電源キー、始動キー、停止キー、入力信号切替キー、出力波形選択キー、出力コイル選択キー、出力調整キー等の各種操作キーを有する。

出力部１３は、コイル出力部２０と体感出力部２２とを有している。コイル出力部２０は、出力波形生成部１２で生成された第１の生体刺激用信号波を供給されて磁界を発生する少なくとも１つ（好ましくは複数、たとえば５個）の第１のコイル２４と、入力部１０に入力された外部信号を出力波形生成部１２で出力調整してなる第２の生体刺激用信号波を供給されて磁界を発生する少なくとも１つ（好ましくは複数、たとえば５個）の第２のコイル２６とを有している。第１のコイル２４と第２のコイル２６はコイル軸線でみて互いにオーバーラップするよう配置されていることが好ましく、同心円状に配置されていることがより好ましい。

体感出力部２２には、図２に示すように、アンプで増幅された外部信号が入力され、第２のコイル２６で発生する交番磁界と同期した音響を発するヘッドフォン等のスピーカ２８、後述する映像再生装置３０で再生された映像を映し出す映像表示装置３２および、外部信号が入力されて第２のコイル２６で発生する交番磁界と同期した振動を発する振動発生装置３４の少なくとも１つが含まれていてよい。

入力部１０は、図１に示すように信号入力部３６を有する。信号入力部３６には、装置内部もしくは外部の種々の信号源から外部信号が供給、入力される。外部信号とは、外界に存在するまたは外界由来の光、音（音楽を含む。）、振動、温度等を公知の各種センサで検出したときに得られる電気的な信号あるいはＣＤプレーヤー等の公知の再生装置で音楽等を再生したときに得られる電気的な信号の意味である。外界に存在するまたは外界由来の光、音、振動等の例としては、木漏れ日、川のせせらぎ、風、音楽、母親の心音等を挙げることができる。外部信号は、装置内部の後述の記憶部４６に記憶された信号であり得る。外部信号は、人の可聴周波数帯域（１０Ｈｚ～数万Ｈｚ）、好ましくはｋＨｚ帯、より好ましくは１ｋＨｚ～３ｋＨｚの音から得られる電気的な信号であり得る。信号源には、図２に示すように、光センサ３８、音響センサ４０、音響再生装置４２、音を含む映像を再生する映像再生装置３０、脳波や心電図、脈拍等の生体信号を測定する生体信号検出装置４４、振動センタ（図示省略）、温度センサ（図示省略）および装置内部の記憶部４６の少なくとも１つが含まれていてよい。記憶部４６は、信号入力部３６で取得した外部信号および／または、信号入力部３６で取得した外部信号に含まれる周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素を記憶する。これにより、外部信号を外部から信号入力部３６に毎回入力することなしに、装置内部の記憶部４６から外部信号を取り出して第１および第２の生体刺激用信号波を生成することができる。各信号源は、切替スイッチ５０を介して後述する入力信号振幅調整部５２と接続されている。信号源は、操作部１４の入力信号切替キーを操作することで切り替えることができ、信号源の設定は切替スイッチ５０から動作指示部１６へ出力される。

図１および図３に示すように、入力信号処理部１１は、上記いずれかの信号源から入力された外部信号を処理、解析して、その外部信号に含まれる周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素を抽出する部分であり、入力信号振幅調整部５２と、波形整形部５４と、波形解析部５６とを有している。

入力信号振幅調整部５２は、たとえば自動利得調整器（ＡＧＣ：Automatic Gain controller）で構成され、図３に示すように、信号入力部３６に入力された外部信号（波形＜３＞）に対して振幅調整を行い、波形＜４＞を形成する。

波形整形部５４は、入力信号振幅調整部５２を経て振幅調整された外部信号を半波整流して波形＜５＞を形成する。

波形解析部５６は、外部信号の周波数およびエンベロープを解析し、その結果得られる周波数データおよびエンベロープデータを出力波形生成部１２の後述する出力波形制御部５８へ出力する。外部信号の振幅データは波形整形部５４から出力波形生成部１２の出力波形制御部５８へ出力される。波形整形部５４で半波整流された外部信号は、出力波形生成部１２の後述する出力調整部６０へ出力され、振幅調整された後、第２の生体刺激用信号波として第２のコイル２６へ供給される。

出力波形生成部１２は、図１に示すように、出力波形制御部５８と、少なくとも１つ（図示例では２つ）の信号波生成部６２と、少なくとも１つ（図示例では２つ）の第１の出力強度調整部６４と、出力調整部６０とを有している。信号波生成部６２は、たとえばデジタル直接合成発振器（ＤＤＳ：Direct Digital Synthesizer）で構成され、たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ帯の中から任意の周波数の基本信号を発振するほか、後述のようにこの基本信号を変調等して第１の生体刺激用信号波を生成する。また、第１の出力強度調整部６４は、たとえば可変利得増幅器（ＶＧＡ：Variable gain amplifier）で構成される。

出力波形制御部５８はたとえばＣＰＵ（中央演算ユニット）で構成され、出力調整部６０に出力調整を行わせるための制御信号を出力する。また、出力波形制御部５８は、信号波生成部６２に一定周波数の基本信号あるいは、基本信号を外部信号の周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素の少なくとも１つで周波数変調してなる第１の生体刺激用信号波を出力させるための制御信号を出力する。図４に信号波生成部６２で発振される基本信号または第１の生体刺激用信号波（波形＜１＞）を例示する。図４中（ａ）は一定周波数で発振する基本信号であり、（ｂ）は外部信号の周波数要素に比例して基本信号を変動させてなる第１の生体刺激用信号波であり、（ｃ）は外部信号のエンベロープ要素に比例して基本信号を変動させてなる第１の生体刺激用信号波であり、（ｄ）は外部信号の振幅に比例して基本信号を変動させてなる第１の生体刺激用信号波である。

出力波形制御部５８はまた、第１の出力強度調整部６４における振幅制御および同期制御のための制御信号を出力する。第１の出力強度調整部６４は、出力波形制御部５８の制御下で、信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波の振幅を一定のまま、あるいは外部信号のエンベロープ要素または振幅要素で変調して第１のコイル２４へ出力する。第１の出力強度調整部６４はさらに、第１の生体刺激用信号波の振幅変調に代えてあるいはこれに加えて第１の生体刺激用信号波を外部信号の出力タイミングに同期させて第１のコイル２４へ出力する。

図５は、図１の生体刺激用信号波生成装置における出力調整部６０を説明するブロック図であり、図６は、出力調整部６０の構成ブロックを波形とともに示す図である。出力調整部６０は、図５および図６に示すように、第２の出力強度調整部６６と、ｋＨｚ帯発振器６８と、７．８Ｈｚ帯発振器７０と、第１同期切替部７２と、第１出力切替部７４と、波形切替部７６と、第２同期切替部７８と、第２出力切替部８０とを有する。

第２の出力強度調整部６６は、たとえば可変利得増幅器（ＶＧＡ：Variable gain amplifier）で構成され、出力波形制御部５８からの指示に基づき、波形整形部５４で半波整流処理された外部信号（波形＜５＞）の振幅を増幅する（波形＜６＞）。

ｋＨｚ帯発振器６８は、出力波形制御部５８からの指示に基づきｋＨｚ帯信号を生成する（波形＜８＞）。７．８Ｈｚ帯発振器７０は、出力波形制御部５８からの指示に基づき、７．８Ｈｚ帯信号を生成する（波形＜７＞）。

第１同期切替部７２は、出力波形制御部５８からの指示に基づき、第２の出力強度調整部６６で振幅調整された第２の生体刺激用信号波の、７．８Ｈｚ帯発振器７０で生成された信号との同期／非同期を切り替える（波形＜９＞）。

第１出力切替部７４は、出力波形制御部５８から指示に基づき、ｋＨｚ帯発振器６８で生成されたｋＨｚ帯信号（波形＜８＞）と、第２の生体刺激用信号波（波形＜６＞）に同期した矩形デジタル波形信号とを切り替えて波形切替部７６に出力する（波形＜１０＞）。

波形切替部７６は、出力波形制御部５８からの指示に基づき、第１出力切替部７４から送られた信号の波形（波形＜１０＞）を矩形波やインパルス等の波形に切り替えて第２同期切替部７８に出力する（波形＜１１＞）。

第２同期切替部７８は、出力波形制御部５８からの指示に基づき、波形切替部７６から送られた信号の波形（波形＜１１＞）の、７．８Ｈｚ帯発振器７０で生成された信号との同期／非同期を切り替える（波形＜１２＞）。

第２出力切替部８０は、第１同期切替部７２からのアナログ波形信号（波形＜９＞）と第２同期切替部７８からのデジタル波形信号（波形＜１２＞）とを切り替えて第２のコイル２６へ出力する。

出力波形制御部５８は、ユーザによるコイル選択キーの操作で選択された第２のコイル２６へ第２の生体刺激用信号波を出力する。第２の生体刺激用信号波は全ての第２のコイル２６へ供給することができるが、一部の第２のコイル２６のみへ供給することもできる。

このように構成された生体刺激用信号波生成装置を用いて生体に磁界を照射し、神経に磁気刺激を直接与えるには、第１のコイル２４と第２のコイル２６をセットにして、粘着性パッド、マジックベルトやテープ、シール、ジェル等を用いて人体または動物の皮膚またはその周辺へ固定する。第１のコイル２４および第２のコイル２６は同じプローブ内に収容してもよい。第１のコイル２４および第２のコイル２６は、刺激を与えたい範囲等に応じて複数セット用いることができる。第１のコイル２４および第２のコイル２６の生体への固定方法は上記に限らず、衣類のポケット等に収納するようにしてもよい。

そして、操作部１４の各種操作キーを操作して、信号源、出力波形、出力コイル、出力調整を行い、始動キーを操作すると、選択された信号源から供給された、１ｋＨｚ～３ｋＨｚ帯の低周波信号であってよい外部信号がまず入力信号処理部１１において波形整形され、続いて出力調整部６０において出力調整された後、第２の生体刺激用信号波として第２のコイル２６へと供給され、第２の生体刺激用信号波に基づく交番磁界が発生する。

一方、信号波生成部６２では、選択された出力波形にしたがい図４（ａ）～（ｄ）のいずれかの、高周波であってよい基本信号または第１の生体刺激用信号波が生成され、信号波生成部６２で生成された基本信号または第１の生体刺激用信号波は第１の出力強度調整部６４で外部信号のエンベロープまたは振幅で振幅変調され、および／または外部信号の出力タイミングと同期して第１のコイル２４へ出力され、第１の生体刺激用信号波に基づく交番磁界が発生する。

図７Ａ～図７Ｗは、信号波生成部６２および第１の出力強度調整部６４を介して生成され得る、外部信号の各種要素を反映した第１の生体刺激用信号波の種々の波形パターンを示している。

図７Ａに示す例では、信号波生成部６２では一定周波数（たとえば２５０ＭＨｚ）の基本信号が発振され、信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された周波数および振幅が一定の基本信号は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１の生体刺激用信号波として第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｂに示す例では、図７Ａの例に従い、信号波生成部６２で一定周波数（たとえば２５０ＭＨｚ）の基本信号が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は波形解析部５６で波形解析され、エンベロープが抽出される。信号波生成部６２で生成された周波数および振幅が一定の基本信号は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調され、第１の生体刺激用信号波として第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｃに示す例では、図７Ａの例に従い、信号波生成部６２で一定周波数（たとえば２５０ＭＨｚ）の基本信号が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は波形解析部５６で波形解析され、エンベロープが抽出される。信号波生成部６２で生成された一定周波数および一定振幅の基本信号は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調されるとともに、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１の生体刺激用信号波として第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｄに示す例では、図７Ａの例に従い、信号波生成部６２で一定周波数（たとえば２５０ＭＨｚ）の基本信号が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された一定周波数および一定振幅の基本信号は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号の振幅で振幅変調され、第１の生体刺激用信号波として第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｅに示す例では、図７Ａの例に従い、信号波生成部６２で一定周波数（たとえば２５０ＭＨｚ）の基本信号が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響）が入力される。信号波生成部６２で生成された一定周波数および一定振幅の基本信号は、第１の出力強度調整部６４において外部信号（全波）の振幅で振幅変調され、第１の生体刺激用信号波として第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｆに示す例では、信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。波形解析部５６は外部信号の周波数を抽出する。出力波形制御部５８は、抽出された外部信号の周波数をＭＨｚ帯へ変換して、信号波生成部６２に外部信号の周波数に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）を生成させる。生成された高周波の第１の生体刺激用信号波は一定の振幅のまま第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｇに示す例では、図７Ｆの例に従い、信号波生成部６２で外部信号の周波数に比例した周波数の高周波信号（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力され、入力された外部信号は波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｈに示す例では、図７Ｆの例に従い、信号波生成部６２で外部信号の周波数に比例した周波数の高周波信号（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は波形解析部５６で波形解析され、エンベロープが抽出される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｉに示す例では、図７Ｆの例に従い、信号波生成部６２で外部信号の周波数に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は、波形整形部５４で半波整流されるとともに、波形解析部５６で波形解析され、エンベロープが抽出される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調されるとともに、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｊに示す例では、図７Ｆの例に従い、信号波生成部６２で外部信号の周波数に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。入力された外部信号は、波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された高周波の第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号で振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｋに示す例では、図７Ｆの例に従い、信号波生成部６２で外部信号の周波数に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの外部信号（たとえば音響信号）が入力される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号（全波）で振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｌに示す例では、信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの外部信号（たとえば音響信号）が入力される。波形解析部５６は外部信号のエンベロープを抽出する。出力波形制御部５８は、抽出された外部信号のエンベロープに比例したＭＨｚ帯の周波数を算出して、信号波生成部６２に外部信号のエンベロープに比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）を生成させる。生成された第１の生体刺激用信号波は一定の振幅のまま第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｍに示す例では、図７Ｌの例に従い、信号波生成部６２で外部信号のエンベロープに比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｎに示す例では、図７Ｌの例に従い、信号波生成部６２で外部信号のエンベロープに比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｏに示す例では、図７Ｌの例に従い、信号波生成部６２で外部信号のエンベロープに比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は、波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調されるとともに、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｐに示す例では、図７Ｌの例に従い、信号波生成部６２で外部信号のエンベロープに比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は、波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号で振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｑに示す例では、図７Ｌの例に従い、信号波生成部６２で外部信号のエンベロープに比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号（全波）で振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｒに示す例では、信号入力部３６には信号源からたとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚの低周波の外部信号（たとえば音響信号）が入力される。波形解析部５６は外部信号の振幅を抽出する。出力波形制御部５８は、抽出された外部信号の振幅に比例したＭＨｚ帯の周波数を算出して、信号波生成部６２に外部信号の振幅に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）を生成させる。生成された第１の生体刺激用信号波は一定の振幅のまま第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｓに示す例では、図７Ｒの例に従い、信号波生成部６２で低周波の外部信号の振幅に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｔに示す例では、図７Ｒの例に従い、信号波生成部６２で低周波の外部信号の振幅に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は波形解析部５６で波形解析され、エンベロープが抽出される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｕに示す例では、図７Ｒの例に従い、信号波生成部６２で低周波の外部信号の振幅に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は、波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号のエンベロープで振幅変調されるとともに、半波整流された外部信号の出力タイミングと同期処理され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｖに示す例では、図７Ｒの例に従い、信号波生成部６２で低周波の外部信号の振幅に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号入力部３６に入力された外部信号は、波形整形部５４で半波整流される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において、半波整流された外部信号で振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

図７Ｗに示す例では、図７Ｒの例に従い、信号波生成部６２で低周波の外部信号の振幅に比例した高周波数の第１の生体刺激用信号波（たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、ここでは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）が生成される。信号波生成部６２で生成された第１の生体刺激用信号波は、第１の出力強度調整部６４において外部信号（全波）で振幅変調され、第１のコイル２４へ出力される。

以上のように、この実施形態の生体刺激用信号波生成装置によれば、出力波形生成部１２によって低周波であってよい外部信号の周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素の少なくとも１つで変調されたかつ／または外部信号の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成する構成としたので、第１のコイル２４から発生する、第１の生体刺激用信号波に基づく交番磁界に、外部信号に関連した波形特性および／または同期性を持たせることができる。また、第２のコイル２６へは外部信号に基づく第２の生体刺激用信号波が供給されて第２の生体刺激用信号波に基づく交番磁界が発生する。ここで、たとえば１ｋＨｚ～３ｋＨｚ帯の低周波交番磁界は感覚神経（Ａβ線維：触覚）を伝達し、脊髄後角、脳（感覚野）へ到達し、これにより脳が触覚の快さを認識すると、下行性痛覚抑制系を賦活させて鎮痛効果やリラックス効果をもたらすことが期待される。一方、たとえば３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、好ましくは２００ＭＨｚ～３００ＭＨｚ、より好ましくは２５０ＭＨｚ帯の高周波交番磁界は損傷した感覚細胞を活性化し神経栄養因子を誘導して神経障害を軽減する効果が期待される。そして、高周波交番磁界の波形に、低周波交番磁界の波形に関連した特性を持たせることで、これらを相乗作用させ、より高い鎮痛効果等が期待される。

また、第２のコイル２６および第１のコイル２４をコイル軸線でみてオーバーラップするように配置することで、上記相乗作用をより効果的に発揮させて高い鎮痛効果等が期待される。

さらに、複数セットの第２のコイル２６および第１のコイル２４を用いて患部を含む広範囲に低周波磁界および高周波磁界を照射することでより一層高い鎮痛効果等が期待される。

また、この実施形態の生体刺激用信号波生成装置によれば、低周波の外部信号を音響、映像および／または振動として出力する体感出力部２２を設けたことから、体感刺激により患者にリラックス効果を与え、痛みによる脳の緊張やストレス状態を緩和して、除痛効果を相乗的に高めることが期待される。例えば、低周波の外部信号の音源としてモーツァルト モテット「エクスルターテ・ユビラーテ」を用い、患部に第１のコイル２４および第２のコイル２６による磁気刺激を与えるとともに、その音響をスピーカ２８から出力して患者に聞かせることで、α波が増強され、それとともに主観的疼痛スコア（ＶＡＳ）および痛み閾値テストによる鎮痛効果等が向上することが期待される。

さらに、低周波の外部信号として１／ｆ調のゆらぎ特性をもつ信号を用いることで、高周波交番磁界および低周波交番磁界を１／ｆ調のゆらぎ周期で変化させることができ、これによってもα波が増強され、それとともにＶＡＳおよび痛み閾値テストによる鎮痛効果等が向上することが期待される。

以上、この発明を実施の形態および実施例に基づき説明したが、この発明はこれらに限定されず、特許請求の範囲の記載内で種々の追加、変更、修正が可能である。たとえば、上記実施形態では、生体刺激用信号波生成装置で生成した第１の生体刺激用信号波および第２の生体刺激用信号波を用いて生体に対して磁気刺激を与える例を示したが、電気信号や光刺激、音刺激、振動刺激、温度刺激であってもよい。たとえば、光刺激では、フリッカーテストの結果によると、個人差はあるが、３０Ｈｚ程度まで感じることができ、５０Ｈｚではほぼ感じられなくなるので、生成された第１の生体刺激用信号波を０Ｈｚ～３０Ｈｚ（０は含まず）程度まで圧縮した上で、ＬＥＤ等の照明装置を点滅させたり、信号強度に同調して明るさを変化させたりすることができる。また、音や振動刺激では、ボディソニックと言われる形となり、音とのつながり、音のリアリティを補う帯域として５０Ｈｚ～１５０Ｈｚ、臨場感、陶酔感、生理的快感をもたらす帯域として２０Ｈｚ～５０Ｈｚとなるため、生成された第１の生体刺激用信号波を２０Ｈｚ～１５０Ｈｚに圧縮した上で、音や振動刺激に用いることができる。

この発明によれば、たとえば、木漏れ日、川のせせらぎ、気持ちの良い音楽や好みの音楽、あるいは母親の心音等の、外界に存在する信号から、その信号を反映した生体刺激用信号波を生成、出力することができる生体刺激用信号波生成装置を提供することができる。

１０ 入力部
１１ 入力信号処理部
１２ 出力波形生成部
１３ 出力部
１４ 操作部
１５ 画面表示装置
１６ 動作指示部
２０ コイル出力部
２２ 体感出力部
２４ 第１のコイル（高周波用コイル）
２６ 第２のコイル（低周波用コイル）
３０ 映像再生装置
３２ 映像表示装置
３４ 振動発生装置
３６ 信号入力部
３８ 光センサ
４０ 音響センサ
４２ 音響再生装置
４４ 生体信号検出装置
４６ 記憶部
５０ 切替スイッチ
５２ 入力信号振幅調整部
５４ 波形整形部
５６ 波形解析部
５８ 出力波形制御部
６０ 出力調整部
６２ 信号波生成部
６４ 第１の出力強度調整部
６６ 第２の出力強度調整部
６８ ｋＨｚ帯発振器
７０ ７．８Ｈｚ帯発振器
７２ 第１同期切替部
７４ 第１出力切替部
７６ 波形切替部
７８ 第２同期切替部
８０ 第２出力切替部

Claims (7)

1. 外部信号が入力される信号入力部と、
   前記信号入力部で取得した外部信号に含まれる周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素の少なくとも１つで変調されたかつ／または前記外部信号の出力タイミングに同期した第１の生体刺激用信号波を生成し出力する出力波形生成部と、を備え、
   前記出力波形生成部は、前記外部信号に含まれる前記周波数要素、前記エンベロープ要素および前記振幅要素の少なくとも１つで周波数変調された前記第１の生体刺激用信号波
   と前記外部信号に基づく第２の生体刺激用信号波を生成するよう構成され、
   前記第１の生体刺激用信号波を供給されて高周波交番磁界を発生する少なくとも１つの第１のコイルと前記第２の生体刺激用信号波を供給されて低周波交番磁界を発生する少なくとも１つの第２のコイルとを備え、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルは、コイル軸線方向にみて互いにオーバーラップするように配置され、
   前記高周波交番磁界の波形に、前記低周波交番磁界の波形に関連した特性を持たせていることを特徴とする生体刺激用信号波生成装置。
2. 前記出力波形生成部は、前記外部信号に含まれる前記エンベロープ要素または前記振幅要素で振幅変調された前記第１の生体刺激用信号波を生成するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の生体刺激用信号波生成装置。
3. 前記第２のコイルは、前記第２の生体刺激用信号波として低周波信号波が供給された際に、感覚神経を伝達し、脊髄後角を経て脳へと到達する刺激をもたらす低周波交番磁界を発生することを特徴とする、請求項１又は２に記載の生体刺激用信号波生成装置。
4. 前記外部信号を音響、映像および／または振動として出力する体感出力部を備えることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の生体刺激用信号波生成装置。
5. 前記外部信号は可聴周波数帯域の音信号であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の生体刺激用信号波生成装置。
6. 前記信号入力部で取得した外部信号および／または、前記信号入力部で取得した外部信号に含まれる周波数要素、エンベロープ要素および振幅要素を記憶する記憶部を備えていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の生体刺激用信号波生成装置。
7. 前記高周波交番磁界は３０～３００ＭＨｚ帯の交番磁界であり、
   前記低周波交番磁界は１～３ｋＨｚ帯の交番磁界であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の生体刺激用信号波生成装置。

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