JPH01146561A

JPH01146561A - 生体刺激装置

Info

Publication number: JPH01146561A
Application number: JP30525287A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhisa Yonekawa; 光久米川; Tadao Miyabayashi; 宮林　忠男; Masaru Kamei; 勝亀井
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1989-06-08
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0787862B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、低周波治療器などの医療用の生体刺激装置に
係り、とくに、生体へ刺激用のパルスを出力する出力回
路に関する。

（従来の技術）従来の生体刺激装置の出力回路は、単極性の直流パルス
のみを導子を介して人体へ出力する構造となっていた。

ところで、人聞は、人体に装着された一対の導子のうち
低電位の一極側に強く刺激を感じる。

そのため、単極性の直流パルスのみの出力では、たとえ
ば両肩に導子を装着した場合一方の肩により強く刺激を
感じることになり、効果的でない。

そして、使方の肩にも強く刺激を感じるためには、＋極
側の導子と一極側の導子とを逆にして装着し直さなけれ
ばならず、面倒である。

そこで、従来の生体刺激装置においては、極性切換スイ
ッチを設けた構造も採られているが、この構造でも、ス
イッチを操作する手間を要する。

そこでまた、従来の生体刺激装置においては、連続する
正負のパルスからなる交流パルスを出力する構造も採ら
れている。この構造によれば、−対の導子においてほぼ
同時に刺激を感じることができる。

ところで、人体の電気的特性は、第７図に示すように、
抵抗１およびコンデンサ２の直列回路と抵抗３との並列
回路で表わすことができる。したがって、第７図に示す
人体の等価回路に、第８図（２）の上段にも示すような
矩形状のパルスとして入力電圧が印加されたとき、第７
図に示す回路すなわち人体には、コンデンサ２の充放電
に対応して、第８図（２）の下段に示すように、正逆両
方向にパルス形状の微分状に電流Ｉが流れ、両方向の電
流Ｉに対応して人体は刺激を感じることになる。

もちろん、パルス発生中、抵抗３には一定の正方向の電
流が流れるから、正方向の電流■が刺激の感じ方につい
て支配的である。

また、第８図０の上段に示すように、交流パルスを入力
電圧として印加した場合には、第８図０の下段に示すよ
うに電流ｌが流れる。しかし、正のパルスの終期の負の
ビークＩ：４流および負のパルスのＩＩ　ｍの正のと一
グ電流すなわち人体からの放電電流は余分なものであり
、これら放電電流は刺激の感じ方の均等性を損なわせる
ことになる。

すなわち、とくに、正のピーク電流間の間隔と負のピー
クｒｒｉ流間の間隔が異なるものとなるため、あるいは
、正のピーク電流の大きさと負のピーク電流の大きさと
が異なるものとなるため、刺激の感じ方が均一にならな
い。

（発明が解決しようとする問題点）上述のように、単極性の直流パルスのみを出力する従来
の生体刺激Ｒｆｆｌでは、−極側と十極側とで刺激の感
じ方が異なり、使い勝手が悪く、また、交流パルスを出
力する生体刺１８２Ｆでも、人体からの放電電流の影響
で、刺激の感じ方が十分均等にならない問題があった。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、人体からの放電電流を防止でき、−対の出力端子の両
方で刺激の感じ方を均等にできる使用性のよい生体刺激
装置を提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明−の生体刺激装置は、昇圧トランスと、この昇圧
トランスの１次コイルにドライブパルスを印加して２次
コイルに正負一対のパルスからなる交流パルスを間欠的
に誘導させる駆動手段と、前記昇圧トランスの２次コイ
ルに接続された人体への一対の出力端子とを備えるとと
もに、前記昇圧トランスの２次コイルおよび出力端子間
に直列にハイインピーダンスコントロール回路を接続し
、さらに、前記１次コイルにドライブパルスが印加され
ていないとき前記ハイインピーダンスコントロール回路
をハイインピーダンス状態にする制御手段を設けたもの
である。

（作用）本発明の生体刺激装置では、駆動手段により昇圧トラン
スの１次コイルにドライブパルスを印加して、昇圧トラ
ンスの２次コイルに誘導された正負一対のパルスからな
る交流パルスを出力端子を介して人体へ出りする。この
とき、１次コイルへのドライブパルスの印加時には、２
次コイルと出力端子との間のハイインピーダンスコント
ロール回路が制御手段によりローインピーダンス状態に
されて、パルスが人体に出力されるが、１次コイルにド
ライブパルスが印加されていないときには、ハイインピ
ーダンスコントロール回路が制御手段によりハイインピ
ーダンス状態にされて、パルスの出力に伴って人体に充
電された電荷の放電が防止される。こうして、出力パル
ス形状の微分状に流れる電流のうち正のパルスに伴う負
のピーク電流および負のパルスに伴う正のピーク電流を
なくし、一対の出力端子の両方で、刺激の感じ方を均等
なものとしている。

（実施例）以下、本発明の生体刺激装置の第１実施例の構成を第１
図ないし第３図に基づいて説明する。

第３図に示す１１は電源回路で、この電源回路１１は、
電池１２と電源スィッチ１３とダイオード１４とを直列
に接続してなっており、スイッチ１３およびダイオード
１４のアノード間が第１出力端１５となっているととも
に、ダイオード１４のカソード側が第２出力９工１Ｇと
なっている。また、前記Ｍ１出力端１５および第２出力
端１６と電池１２の一極との間にはコンアン４ノ１７．
１８．１９がそれぞれ接続されている。

なお、ダイオード１４は第１出力端１５の電位低下時の
逆流防止用、コンデンサ１７．１８は平滑用である。

第２図において、２１は駆動手段および制御手段として
のマイクロコンピュータ（たとえば、日本電気株式会社
のμＰＤ７５６４Ｃ８あるいはμＰＤ７５Ｐ６４など）
で、このマイクロコンピュータ２１の電源入力端子２１
ａに前記電源回路１１の第２出力端１６が接続されてい
るとともに、アース端子２１ｂに前記電池１２の一極が
接続されている。また、前記マイクロコンピュータ２１
の発振子入力端子２１ｃ　、　２１ｄの間に発振子２２
と抵抗２３とが直列に接続されている。なお、発振子２
２の両端と前記電池１２の−・極との間にはコンデンサ
２４．２５がそれぞれ接続されている。また、前マイク
ロコンピュータ２１のボート２１ｅ　、　２１ｒ　、　
２１ｇ　−、２１ｈと電池１２の−・極との間には、波
形操作用のスイッチ２Ｇ、　２７゜２８、２９および抵
抗３０．３１．３２．３３がそれぞれ直列に接続されて
いる。また、前記マイクロコンピュータ２１のボート２
１ｉ　、　２１ｊ　、　２１に、２１１と電源回路１１
の第１出力＠１５間には、発光ダイオード３４゜３５、
３６．３７がそれぞれ共通の抵抗３８を介して接続され
ている。さらに、前記マイクロコンピュータ２１のボー
ト２１１Ｉｌが電池１２の一極に接続されているととも
に、このボート２１ｍとボート２１ｎとの間に抵抗３９
が接続されている。なお、この抵抗３９は、制御方式の
異なる機種の違いをマイクロコンピュータ２１に識別さ
せるためのものである。また、このマイクロコンピュー
タ２１のボート２１０には何も接続されていない。

４１はリセット用ＩＣで、このリセット用ＩＣ４１は、
入力端子４１ａが前記電源回路１１の第２出力端１６に
接続され、アース端子４１ｂが前記電池１２の負極に接
続されているとともに、出力端子４１ｃが前記マイクロ
コンピュータ２１のリセット端子２１１）に接続されて
いる。また、前記電源回路１１とマイクロコンピュータ
２１の入力ボート２１ｑとの間に時定数回路４２が接続
されている。すなわち、電源回路１１の第２出力端１６
と電池１２の負極との間に抵抗４３およびダイオード４
４の並列回路とコンデンサ４５とが直列に接続されてお
り、これら抵抗４３およびコンデンサ４５の中間点が前
記入力ボート２１ｑに接続されている。

なお、前記時定数回路４２は、リセット用ＩＣ４１から
のリセット信号が、電源投入時のものかあるいは一時的
な電′＃ｆＡＴ１圧の低下時のものかを判別−するため
のものである。

第１図は、出力回路５１を示すもので、この出力回路５
１は、昇圧トランス５２を有している。そして、このト
ランス５２の１次コイル５２ａの中点タップがダイオー
ド５３を介して前記電源回路１１の第１出力端１５に接
続されている。また、１次コイル５２ａの両端と中点タ
ップとの間にダイオード５４゜５５がそれぞれ接続され
ている。さらに、１次コイル５２ａの両端は、それぞれ
、ダーリントン接続されたトランジスタ５６．５７．５
８．５９のコレクタに接続されており、一方のトランジ
スタ５８．５９のエミッタは前記電池１２の一極に接続
されている。また、他方のトランジスタ５６．５７のベ
ースは、それぞれコンデンサ６０．６１を介して、前記
マイクロコンピュータ２１の出力ボート２１ｒ　、　２
１ｓに接続されている。なお、コンデンサ６０．６１と
トランジスタ５６゜５７との中間点は、それぞれ、ダイ
オード６２．６３を介して、前記電池１２の一極に接続
されている。

一方、前記トランス５２の２次コイル５２ｂの両端間に
は可変抵抗６４が接続されており、この可変抵抗６４の
摺動子が出力端子６５の一方に接続されている。なお、
前記電源スィッチ１３は可変抵抗６４に組込まれたもの
である。また、前記２次コイル５２ｂの一端が、ダイオ
ード６６、６７、６８．６９のブリッジとＮＰＮ形トラ
ンジスタ・７０とからなるハイインピーダンスコントロ
ール回路１１を介して、前記出力端子６５の他方に接続
されている。すなわち、前記２次コイル５２ｂの一端と
前記他方の出力端子６５とからＮＰＮ形トシトランジス
タフ０レクタへ順方向にダイオード６６、６７が接続さ
れているとともに、前記電池１２の一極にも接続された
ＮＰＮ形トシトランジスタフ０ミッタから前記２次コイ
ル５２ｂの一端と他方の出り端子６５とへ順方向にダイ
オード６８．６９が接続されている。

さらに、前記マイクロコンピュータ２１の出力ボート２
１ｔにベースが接続されたトランジスタ７２のエミッタ
が、前記ボート２１ｒ　、　２１ｓおよびコンデンサ６
０．６１の中間点と前記ハイインピーダンスコントロー
ル回路１１のトランジスタ１２のベースとにそれぞれ抵
抗７３．７４．７５を介して接続されている。そして、
前記トランジスタ７２は、コレクタが前記電源回路１１
の第２出力端１６に接続されているとともに、コレクタ
およびベース間に抵抗７６が接続されている。

なお、トランジスタ７２が１次コイル５２ａ側の回路に
も接続されているのは、無駄な電力消費を防止するため
である。さらに、２次コイル５２ｂに接続されたダイオ
ード５４．５５は、トランス５２の逆起電力からトラン
ジスタ５６．５７．５８．５９を保護するためのもので
ある。

つぎに、上記実施例の作用について説明する。

上記生体刺激装置の使用にあたっては、出力端子６５に
一対のう９子（図示せず）を接続し、これら導子を人体
に装着する。

そうして、マイクロコンピュータ２１の１ＩＩＪ１１に
より、ボート２１ｒ　、　２１ｓから第４図に示すよう
なドライブパルスが間欠的に出力されて、昇圧トランス
５２の１次コイル５２ａに印加され、２次コイル５２ｂ
に誘導された電流が人体に流れる。ボート２１「からド
ライブパルスが出力されたときと、ボート２１ｓからド
ライブパルスが出力されたときとでは、逆方向に電流が
流れる。

また、ボート２１ｔからは、第４図に示すように、ボー
ト２１ｒからの出力とボート２１ｓからの出力の論理和
のパルスが出力される。したがって、ボート２１「また
はボート２１３からパルスが出力されたときのみに、ト
ランジスタ７０にベース電流が流れこのトランジスタ７
０がＯＮとなってハイインピーダンスコントロール回路
７１は０−インピーダンス状態となり、それ以外のとき
は、トランジスタ７０はＯＦＦとなってハイインピーダ
ンスコントロール回路７１はハイインピーダンス状態と
なる。

そのため、人体へのパルスの出力に伴って人体に充電さ
れた電荷のパルス出力後における放電が防止される。

なお、ローインピーダンス状態では、人体へ出力される
パルスの正負に応じて、パルス電流は、ダイオード６７
、トランジスタ７０およびダイオード６９を介して、あ
るいは、ダイオード６６、トランジスタ７０およびダイ
オード６８を介して流れる。

また、使用者は、波形操作用のスイッチ２６゜２７、２
８．２９を操作することにより、人体への出力パルスの
波形を選択したり、パルスの発生周期を調節したりする
ことができる。選択される波形は、たとえば、直流間欠
パルス、連続する正負のパルスからなる交流間欠パルス
、正負のパルスの交互間欠パルス、一定時間毎に発生す
る交流の継続パルスなどである。また、選択された波形
および周期に応じて発光ダイオード３４．３５．３６．
３７が点滅する。これらの制御は、すべてマイクロコン
ピュータ２１が行なう。さらに、可変抵抗６４を操作す
ることにより、出力パルスの振幅も調節できる。

とくに、交流間欠パルスを選択した場合には、第４図に
示すように、ボート２１ｒ　、　２１ｓから、時間幅τ
のパルスがΔｔの時間をおいて出力される。

したがって、同じく第４図に示すように、出力端子６５
から人体へは、正負のパルスが連続的に出力される。そ
のため、人体は、一対の導子の両方において同時に同程
度の刺激を感じることになる。

しかも、第４図で平行斜線を付して示した時期において
は、前述のようにハイインピーダンスコントロール回路
７１がハイインピーダンス状態となって、人体からの放
電電流が防止されるので、刺激の感じ方はより均等なも
のとなり、使用性が向上する。すなわち、第８図０にお
ける各パルス出力後のピーク電流がなくなるので、刺激
の感じ方が両導子でより均等なものとなる。

ところで、人体に充電されたエネルギーを吸収しなけれ
ばならないから、交流間欠パルスを形成する一対の正負
のパルス間には、パルス非発生時間Δｔが必要である。

そして、エネルギーを十分に吸収するには、Δｔをパル
ス幅１以上にすることが望ましい。また、Δｔが大きく
なりすぎると、人体は正負のパルスそれぞれに伴う刺激
を同時と感じられなくなるので、交流間欠パルスの周波
数をｆとするとき、Δｔは１／ｆ以下にし、しかもこの
１／ｆよりなるべく小さく（Δｔ（１／ｆ）することが
望ましく、とくに２τ以下とすることが望ましい。実際
には、たとえば、ｆは３０１１ｚ以下すなわら１／ｆは
３３ｍ５以上とし、ΔｔＧ、ｔＯ，３ｆｆｌｓとする。

なお、ドライブパルスのパルス幅τが長くなるほどΔｔ
を長くし、逆にτが短くなるほどΔｔが短くなるように
してもよい。これは、パルス幅τが長くなるほど人体に
充電されるエネルギーを吸収するのにより長い時間を要
するためである。

なお、ハイインピーダンスコントロール回路は、たとえ
ばリレーにより形成することもできるが、上記実施例の
ように、ダイオード６６、６７、６８゜６９とトランジ
スタ７０とにより形成すれば、このトランジスタ７０は
耐圧性の高いものとする必要があるものの、リレーによ
る場合よりも、作動速度を速くできるとともに、安価に
できる。

第５図は、本発明の第２実施例を示すもので、この実施
例では、出力回路５０の昇圧トランス５２の２次コイル
５２ｂと並列に、人体と同程度（０，１〜０．０１μＦ
）のコンデンサ８１を接続している。

この構造によれば、人体への出力パルスの波形がコンデ
ンサ８１により平滑にされるので、刺激の感じが柔かい
感じになる。

なお、この第２実施例の出力回路５１においては、１次
コイル５２ａの両端にそれぞれ１個のトランジスタ５８
．５９が接続されており、これらトランジスタ５８．５
９のベースが抵抗８２．８３を介してボート２１ｒ　、
　２１ｓに接続されている。

第６図は本発明の第３実施例を示すもので、この実施例
は、ハイインピーダンスコントロール回路９１の変形例
である。

出力回路５１の昇任トランス５２の２次コイル５２ｂに
トランジスタ９２のコレクタが接続されており、このト
ランジスタ９２のエミッタがダイオード９３を順方向に
介して出力端子６５に接続されている。

また、この出力端子６５に別のトランジスタ９４のコレ
クタが接続されており、このトランジスタ９４のエミッ
タがダイオード９５を順方向に介して前記２次コイルＳ
２ｂに接続されている。さらに、前記両トランジスタ９
２．９４は、エミッタが電池１２の一極に接続されてい
るとと°ｂに、ベースがそれぞれ抵抗９６．９７を介し
てトランジスタ７２に接続されている。

そうして、ボート２１ｔがらパルスが出力されていると
き、トランジスタ９２．９４がＯＮになって、ハイイン
ピーダンスコントロール回路９１はローインピーダンス
状態となり、それ以外のときはハイインピーダンス状態
となる。そして、ローインピーダンス状態で、パルス電
流は、トランジスタ９２およびダイオード９３を介して
、あるいは、トランジスタ９４およびダイオード９５を
介して流れる。

なお、このハイインピーダンスコントロール回路９１よ
りも、上記第１実施例のハイインピーダンスコントロー
ル回路７１の方が安価にできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、昇圧トランスの２次コイルと人体への
出力端子との間に、１次コイルにドライブパルスが印加
されていないときハイインピーダンス状態となるハイイ
ンピーダンスコントロール回路を接続したので、パルス
の出力に伴って人体に充電された電荷の放電を防止する
ことができ、したがって、人体に交流パルスが出力され
たとぎ、一対の出力端子の両方で刺激の感じ方が均等な
ものとなり、使用性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の生体刺激装置の第１実施例を示す出力
回路の回路図、第２図は同上駆動手段および制御手段部
の回路図、第３図は同上電源回路の回路図、第４図は同
上タイミングチャート、第５図は本発明の第２実施例を
示す出力回路の回路図、第６図は本発明の第３実施例を
示すハイインピーダンスコントロール回路の回路図、第
７図は人体の等何回路を示す回路図、第８図＠（へ）は
同上タイミングチャートである。２１・・駆動手段および制御手段としてのマイクロコン
ピュータ、５１・・出力回路、５２・・背圧トランス、
５２ａ−・１次コイル、５２ｂ　・φ２次コイル、６５
・・出力端子、６６、６７、６８．６９・争ダイオード
、７０・・ＮＰＮ形トランジスタ、７１・・ハイインピ
ーダンスコントロール回路、８１・・コンデンサ、９１
・・ハイインピーダンスコントロール回路。１５へａｔ十、−）２ｆ６　　　−一「Ｌｆｌ−一一一一寒旧１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）昇圧トランスと、この昇圧トランスの１次コイル
にドライブパルスを印加して２次コイルに正負一対のパ
ルスからなる交流パルスを間欠的に誘導させる駆動手段
と、前記昇圧トランスの２次コイルに接続された人体へ
の一対の出力端子と、前記昇圧トランスの２次コイルお
よび出力端子間に直列に接続されたハイインピーダンス
コントロール回路と、前記１次コイルにドライブパルス
が印加されていないとき前記ハイインピーダンスコント
ロール回路をハイインピーダンス状態にする制御手段と
を備えたことを特徴とする生体刺激装置。
（２）前記駆動手段は、交流パルスを誘導する一対のド
ライブパルス間にこれら各ドライブパルスのパルス幅以
上でかつ交流パルスの周波数の逆数以下のパルス非発生
時間を生じさせるものであることを特徴とする特許請求
の範囲１項記載の生体刺激装置。
（３）前記昇圧トランスの２次側の回路は、２次コイル
と並列に接続されたコンデンサを有することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項記載の生体刺激装
置。
（４）前記ハイインピーダンスコントロール回路は、ベ
ースが前記制御手段に接続されたＮＰＮ形トランジスタ
と、前記２次コイルの一端および一方の前記出力端子か
らそれぞれ前記ＮＰＮ形トランジスタのコレタクへ順方
向に接続されたダイオードと、前記ＮＰＮ形トランジス
タのエミッタからそれぞれ前記２次コイルの一端および
一方の前記出力端子へ順方向に接続されたダイオードと
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
第３項記載の生体刺激装置。