JPH0351190B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は生体に電気刺激を与えるための低周
波電気刺激信号発生装置に関する。

（従来の技術） 従来より、生体にクラツシツク音楽を聴かせた
り或は好きな音楽を聴かせたりして聴覚刺激を与
えると、経験的観念で快、不快を感じたり或は他
へ意識を集中させる効果が生じるため、疼痛、肩
凝りその他の不快感を緩和したり治癒したりする
効果が現われることが知られている。一方、生体
に皮膚から電気刺激（経皮刺激（皮膚刺激ともい
う。））を与えると、同様に、疼痛、肩凝りその他
の不快感を緩和したり治癒したりすることが知ら
れている。

これらの刺激は少刺激よりも多刺激、規則刺激
よりも不規則刺激の方がよりフレツシユに感じ治
療効果等が高いことも知られている。

このような事実に基づいて、これらの刺激を利
用して痛覚、凝り等を軽減又は治療する方法が研
究されている。

従来、この種の電気的刺激を生体、特にその交
感・副交感神経に与えるための電気刺激信号発生
技術として、例えば、パルス頻度が時間的に変動
しないような電気刺激信号を発生させる方法、或
は特公昭56−5543号公報（文献）及び実公昭56
−22921号公報（文献）に開示された装置があ
る。

文献に開示されている技術は、音楽の信号を
周波数分析して信号のパワースペクトル密度が周
波数に反比例するといういわゆる１／ゆらぎ
則に従つて、電気刺激信号の周波数を、10〜100
Hz範囲内の周波数間で0.5〜４秒というような比
較的長持続時間単位で、変化させながら電気刺激
信号を発生する技術である。

文献に開示されている技術は、電気刺激信号
としてのパルスの発生頻度及びこの同一パルス頻
度の発生持続時間の変動する不規則パルスパター
ンを予め記録媒体に記録させておき、記録媒体か
らの再生を１／ゆらぎ則に従つて行う技術であ
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、好きな音楽等であれば神経もそのテ
ンポに併せてさらに組織や細胞も同じテンポで同
期するので、疼痛緩和等の効果を高めることが出
来る。従つて、この効果は音情報として音量レベ
ル（音圧レベル）を用いると音楽のテンポに合せ
て皮膚刺激を生体に与えることが可能となる。

しかしながら、上述した従来技術は音の１／
ゆらぎ則に従つた周波数に基づいて皮膚刺激を与
える技術であるので、この刺激を音楽のテンポに
合せることが困難であるという問題点があつた。
さらに、生体は音楽や音の聴覚刺激と、これらの
音情報を反映した皮膚刺激（電気刺激）とを併用
すると、いづれか一方の刺激のみの場合よりも遥
に心因性疼痛緩和等の治療効果が高いことが分つ
ている。さらに、その治療等の効果は、聴覚刺激
と電気刺激とが実質的に時間遅れがなく生体がほ
ぼリアルタイム（実時間）で両刺激を受けると感
じるようにすると、一層大となる。

しかしながら、上述した従来技術によれば、い
づれも生体に対して両刺激をリアルタイム刺激と
して与えることが出来ない。これがため、音楽或
は音が休止（休符や、音圧（音量）の低い場合）
している場合等でも電気刺激が生体に与えられて
しまうため、生体の経験的心理緩和とのマツチン
グが図れず、従つてこのような電気刺激は生体側
からすると単なる刺激パターンの常時変化としか
感ぜず、疼痛等の緩和、治療効果はそれ程期待出
来無いという問題点があつた。

この発明の第一の目的は、上述した従来の問題
点に鑑み、聴覚刺激のテンポに合せて生体に電気
刺激（皮膚刺激）を与えるようにした低周波電気
刺激信号発生装置を提供することにある。

この発明の第二の目的は、聴覚刺激と実質的に
リアルタイムで生体に対して皮膚刺激を与えるよ
うした低周波電気刺激信号発生装置を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の低周波
電気刺激信号発生装置によれば、 生体が実質的にリアルタイムと感じる速さで音
源からの音量レベルのサンプリングを行い、該サ
ンプリングにより得られた各音量レベルを低周波
領域の対応する周波数に変換して出力すると共
に、所要の制御情報を出力する制御部と、この周
波数で電流及び電圧刺激信号の周波数変調をそれ
ぞれ行う電流及び電圧制御部とを含む刺激信号発
生部を具える ことを特徴とする。

この発明の実施に当り、刺激信号発生部には、
前述の制御部からの制御情報によつて電流又は電
圧刺激信号のいづれか一方のみを電気刺激信号と
して出力するように切換えられる制御方式選択部
を含ませるのが好適である。

さらに、この発明の実施に当り、電流制御部に
は、音量レベルに対応する周波数の電圧波形信号
を出力する波形発生部と、入力された電圧波形信
号の波形と同一の波形の電流刺激信号を出力する
電流刺激発生回路とを含ませるのが好適である。

さらに、この発明の実施例では、電圧制御部に
は、音量レベルに対応する周波数の電圧波形信号
を出力する波形発生部と、入力した電圧波形信号
を電圧刺激信号として出力する電圧刺激発生回路
とを含ませるのが好適である。この場合、この波
形発生部を電流制御部の波形発生部と共用するの
が好適である。

さらに、低周波周波数領域を０〜60Hzとするの
が好適である。

さらに、サンプリングを0.01〜0.5秒の範囲内
の周期で行うのが好適である。

さらに、この発明の好適実施例においては、制
御部は、音量レベルを複数の段階に分割する手段
と、音量レベル対周波数変換テーブルが格納され
たROMと、このROMから各サンプリング毎の
音量レベルに対応した周波数を読出して出力する
手段とを具えるのが良い。

さらに、この発明の好適実施例においては、音
量レベルを、そのレベルが「０」レベルの時及び
低いレベルの時、音量レベル「０」の段階に設定
するのが良い。

（作用） このように、この発明によれば、音情報の音量
レベルに基づいて電流又は電圧制御を行つて電気
刺激信号の不規則変調を行つている。従つて、音
楽等の音情報のテンポに合せて生体を電気刺激
（経皮刺激）することが出来、或は又、音楽の休
止や音量レベルの低い時に聴覚刺激に伴つて無刺
激時間を作り出すことが出来る。これがため、生
体が実質的にリアルタイムと感じるタイミングで
経皮刺激を与えることが出来るので、音楽療法に
おいて従来方法よりも疼痛緩和及び治療効果を一
段と高めることが出来る。

さらに、この発明の実施例によれば、生体がリ
アルタイムと感じるような短時間のサイクルで音
量レベルのサンプリングを行つているので、聴覚
刺激と実質的にリアルタイムで電気刺激の変調を
行うことが出来、従つて、不快感の除去、疼痛効
果の緩和、治療効果の向上等を確実に図ることが
出来る。

さらに、この発明の実施例によれば、電気刺激
信号の周波数を低周波数、例えば０〜60Hzという
低周波領域内の周波数、としているので、自律神
経の固有振動（例えば、冷感時の防御としての
「毛立ち」や「ふるえ」は15Hz前後である。）に対
する引込み現象により心身共にリラツクスさせる
ことが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例につき
説明する。

第１図はこの発明を説明するための基本構成を
示すブロツク図であり、第２図はこの発明を説明
するための低周波電気刺激信号発生装置の具体的
な一構成例を示すブロツク図である。

第１図において、低周波電気刺激信号発生装置
は基本的には低周波電気刺激信号を発生するため
の刺激信号発生部１０と、この刺激信号発生部１
０を動作させるために必要なデータを選択供給す
るためのホスト部１２と、発生した刺激信号を生
体に対し与えるための電極部１４とを具えてい
る。

基本構成の説明 この実施例では、ホスト部１２には、刺激信号
発生部１０に対し所要の条件、例えば振幅（強
度）、波形、周波数、刺激パターン、電流制御又
は電圧制御等の制御方式、電極選択及びその他の
条件の初期設定或は適正条件の調整、及び刺激信
号発生開始等を行うための各種の信号を入力させ
るための入力部２０を主として具えている。さら
に、このホスト部１２には音楽等を発生する適当
な音源装置、音源装置からの音情報を再生するス
ピーカ、イヤホン等の電気音響変換装置等、或は
発生した電気刺激信号を可視表示するための表示
部２１等を設けることも出来るし、これら音源装
置等をホスト部１２に設けずに外部装置（音源装
置を１６で示す）として用意し、刺激信号発生部
１０に接続出来るように構成しても良い。

この実施例においては、刺激信号発生部１０
は、音源装置１６からの音量レベルを検出し、検
出した音量レベルに対応して、電流及び又は電圧
刺激信号の物理量例えば周波数、振幅（強度）或
はパルス数の制御を行うという電流及び又は電圧
制御方式で、電気刺激信号を常時変調しながら、
当該電気刺激信号を出力する構成とする。この場
合、電気刺激信号の周波数は、ほぼ０〜50Hzのプ
リセツト周波数範囲内の、この装置を使用する者
にとつて快適と感じるある低周波数に選択設定し
て刺激信号を発生することが出来るように構成す
るのが好適である。これがため、この刺激信号発
生部１０には、主として、物理量を制御するため
音量レベルを所要の制御量に変換すると共に他の
所要の制御をコントロールするためのCPU（中央
処理装置）を含む制御部３０と、この制御量によ
つて電流を制御する電流制御部４０と、この制御
量によつて電圧を制御する電圧制御部５０と、電
流制御部４０及び電圧制御部５０から生ずる電圧
刺激信号及び電流刺激信号を選択するための制御
方式選択部６０と、出力部７０とを具えている。

さらに、この刺激信号発生部１０には、音量レ
ベルによらずに、有音時にはほぼ200Hz以下の音
の波形及び無音時には擬似的に発生させた音波形
で、電流及び電圧の波形制御を行つて電気刺激信
号のリズムを制御することによつてリズム刺激
（リズム変調ともいう）を行うための波形制御部
８０を具えていてもよい。

さらに、制御部３０には、音楽や音情報には無
関係に電流制御方式と電圧制御方式とをランダム
に交互切換えを行うため、生体への刺激のパラメ
ータである波形、、パルス幅、周波数、強度（振
幅）、切換等の各制御信号を発生するための手段
を具えていてもよい。この制御手段により、後述
するように、電流又は電圧の電気刺激信号のアナ
ログ又はデイジタル的パターンを生体毎に任意好
適な刺激パターンに設定することが出来る。

具体的構成の説明 以下、第２図の具体的構成及び制御方法につき
説明する。同図において、第１図に示した構成成
分と同一の構成成分については同一の符号を付し
て説明する。また、この実施例で説明する具体的
構成及び制御方法は単なる好適例であるので、こ
の発明はこの実施例にのみに限定されるものでは
ない。

＜ブロツク回路の説明＞ 第２図において、ラジオ、テレビ、その他の音
響装置等の音源装置１６からの音情報を増幅器９
０を経て音量対DCレベル変換器９１に送り、得
られた音量レベル信号Ａ／Ｄコンバータ９２に送
る。

一方、増幅器９０からの出力を、外部スイツチ
SWで音量調節出来る電子ボリユーム９３、増幅
器９４を経て例えばスピーカ、イヤホン等の電気
音響変換器９５に送り再生し、聴覚刺激を与え
る。尚、これらの再生系はこの電気刺激装置に必
ずしも設ける必要はなく外部音源装置１６に具え
られているものを用いても良い。

また、所要に応じ、増幅器９４の出力を表示部
２１のDC変換器２２を経て例えばLEDのような
発光表示部２３で音情報の変化を表示させること
が出来る構成とすることが出来る。また、この発
光表示部２３をホスト部１２に設けても良い。

この実施例では、制御部３０は、ホスト部１２
の入力部２０からの信号を無線又は有線で受信す
る直列インタフエース３１、このインタフエース
３１からの信号に応じて各種の処理を行うCPU
３２、このCPU３２での処理等に必要なデータ
を所要に応じて書込みかつ読取りされるRAM
（ランダムアクセスメモリ）３３、CPU３２での
処理等に必要なデータを予め格納しておき所要時
に読出されるROM（リードオンリーメモリ）３
４、CPU３２がセツトしたデータに対して任意
の周波数を内部クロツクとして自動的に出力する
PTM（プログラマブルタイムユニツト）３５、制
御部３０からの各種の制御信号を含む出力を他の
構成部へ出力するための出力ポート３６、制御部
３０への入力、例えばPTM３５から周波数の１
サイクルの終了を検出するための信号、を受ける
入力ポート３７を主として具えている。

出力ポート３６からの出力の一部はパルス数発
生器９６と、PTM３５及びパルス数発生器９６
からの信号の切換スイツチ９７に制御信号として
送る。

この実施例では、電流制御部４０及び電圧制御
部５０はそれぞれ波形発生部４１、発生した電圧
波形を選択的に取り出すための例えば電子スイツ
チ等で構成した波形選択部４２を共通に具えてい
る。この波形発生部４１の周波数のクロツク部４
３には、切換スイツチ９７を経て周波数又はパル
ス数制御信号を送り、また、出力ポート３６から
は周波数制御信号を送る。さらに、出力ポートか
ら、発生させる電圧波形のパルス幅を変えるため
のデータを、この回路４１のパルス幅データ部４
４に送る。

この波形発生部４１には、波形発生回路４５を
設ける。この波形発生回路４５は例えば第３図Ａ
〜Ｋに示すような種々の電圧波形の信号を個別に
出力出来る多数の回路を具え、これら電圧波形信
号の周波数を周波数のクロツク部４３からの信号
で制御出来ると共に、信号の幅をパルス幅データ
部４４からのデータによつてそれぞれ変えられる
ように構成してある。このような波形発生回路４
５、周波数のクロツク部４３及びパルス幅データ
部４４は、従来電子回路技術を用いて容易に形成
出来、何等特殊な回路構成とする必要はない。こ
れら波形発生回路４５のうちの少なくとも一つ又
は二つ以上の回路を作動させて所要の一種又は二
種以上の電圧波形パターンを出力させるかを、出
力ポート３６からの制御信号を波形セレクト信号
として受けて、選択出来る構成となつている。ま
た、波形発生部４１から出力された電圧波形パタ
ーンのうち一種又は二種類以上を、波形選択部４
２において、同様に出力ポート３６からの波形セ
レクト信号に基づいて、選択し取り出せるように
構成する。この波形選択部４２の回路構成も従来
の電子回路技術を用いて容易に構成することが出
来、この回路も何等特殊な回路構成とする必要は
ない。

この波形選択部４２で選択された一方の電圧波
形信号を電流制御部４０の強度（振幅）設定回路
４６を経て電流刺激発生回路４７に供給する。ま
た、他方の電圧波形信号を電圧制御部５０の電圧
刺激発生回路５１に供給する。

電流制御部４０においては、強度設定回路４６
に入力した電圧波形信号は出力ポート３６からの
制御信号によつて任意好適な振幅に設定され、電
流刺激発生回路４７においてその入力電圧波形パ
ターンを維持した、換言すれば電圧波形のパター
ンと同一のパターンの電流波形の電気刺激信号に
変換して出力する。

一方、電圧制御部５０においては、波形選択部
４２を経て供給電圧刺激発生回路５１に入力した
電圧波形信号は、出力ポート３６からの強度（振
幅）及び周波数制御信号によつて、必要に応じ任
意適当な強度及び又は周波数に変えられて、電圧
波形の電気刺激信号として出力する。

さらに、この実施例では、これら電流制御及び
電圧制御のいづれの方式で形成されている電気刺
激信号を生体への皮膚刺激として与えるかを選択
するための制御方式選択部６０を設けてある。こ
の選択は、出力ポート３６からの選択方式制御信
号によつて、行うことが出来、所要に応じて、電
流制御方式又は電圧制御方式のいづれか一方のみ
を選択するか、或は両制御方式をランダムに交互
選択することが出来るように構成してある。

この制御方式選択部６０を経て得られた電気刺
激信号をこの低周波電気刺激信号発生装置の出力
部７０に送る。この出力部７０には、生体の所要
の一つ以上の箇所に皮膚刺激を与えるための電極
を接続し、いづれの電極を選択するかを出力ポー
ト３６からの電極選択制御信号で制御出来るよう
に構成する。

さらに、この実施例においては、波形制御部８
０は、増幅器９０からの音情報を検出する例えば
コンパレータ８１、ほぼ200Hz以下の音情報を通
過させるローパスフイルタ８２、音情報の休止期
間に擬似的に音波形を発生するリズム発生器８３
及びコンパレータ８１が音情報を検出した時にロ
ーパスフイルタ８２からのほぼ200Hz以下の音情
報を選択し、検出しない場合にはリズム発生器の
擬似音情報を選択して波形選択部４２にリズム変
調（刺激）波形として送るための選択スイツチ８
４を具えている。一方、これらの音情報はリズム
刺激表示信号としてＡ／Ｄコンバータ９２を介し
て制御部に送り、その出力ポートからの制御信号
によつて表示部２１でリズム表示させることが出
来るように構成する。

電気刺激信号発生のための制御方法 この発明では、皮膚刺激するための電気刺激信
号の周波数を低周波数とする。この場合の周波数
領域は生体が快適と感じるほぼ０〜60Hzの範囲と
する。そして、音源からの音量レベルに対応した
電流制御及び電圧制御のいづれか一方又は双方の
制御方式によつて、電気刺激信号の変調を行う方
法である。

この電気制御方式の場合には、生体の細胞は電
荷をエネルギーとして感じ、電圧制御方式の場合
には電圧を振つているので神経に良い体感を同じ
にすると電流が少なくて良い。いづれの制御方式
においても生体に固有の快感を与えることが知ら
れている。

電気刺激信号の変調方法としては、 音量レベルと関係して、電流及び電圧の周波
数、振幅及びパルス数を制御して電気刺激信号
の変調を行う場合、 音量レベルを使わずに、ほぼ200Hz以下の音
波形と擬似音波形とを適時使用して電流及び電
圧を制御して電気刺激信号のリズム変調を行う
場合、 音情報を用いずに、制御部に予め設定してあ
る種々の制御情報（波形、周波数、振幅）の組
み合わせに基づいて電流及び電圧パターンを制
御して電気刺激信号の刺激パターン変調を行う
場合とが考えられる。しかし、この発明は音量
レベルに応じて周波数変調を行う装置に関する
ものであるため、その他の変調方法は参考のた
めに説明する。

以下の説明において、さらに第４図〜第１６図
を参照する。第４図はテーブル変換を説明する
図、第５図はCPU３２の機能ブロツク図、第６
図〜第１４図は動作の流れ図で、各処理ステツプ
をＳで表わして示す。

［］ 音量レベルを使用 ＜周波数変調＞ まず、電源スイツチを入れ、音源装置１６を作
動させて音楽等の音情報を発生させ、聴覚刺激を
与える。

音源装置１６からの音情報を音量対DCレベル
変換器９１及びＡ／Ｄコンバータ９２によつて実
時間処理で例えば第４図の上欄に示すように８ビ
ツトデータの音量レベルに変換する。

一方、ホスト部１２の入力部２０（例えば、入
力キー）によつて、治療データとして、変調、波
形、周波数、電極選択、制御方式その他の所要の
初期情報を刺激信号発生部１０の制御部３０へ入
力する。この初期情報に基づいてCPU３２の設
定手段１０２によつて処理を行い（S1）、対応す
る制御情報をROM３４から読出すか又は所要の
制御情報に変換処理を行つて、これら制御情報を
それぞれ出力ポート３６から対応する各構成成分
に送り（S2）初期条件を設定する。

例えば、波形発生部４１に波形セレクト信号を
送つて波形発生回路４５を作動させ、またパルス
幅データ部４４にその制御信号を送り適当なパル
ス幅に初期設定する。

また、初期周波数情報を周波数のクロツク部４
３に送り、電気刺激信号の波形が同一のときに生
体が最大刺激を感じるような周波数例えば30Hzと
なるように、波形発生回路４５からの電圧波形信
号の周波数を初期設定する。この周波数の初期設
定は音源装置１６からの音情報の有無に無関係に
設定する。

また、これと同時に、電圧制御及び電流制御の
方式選択部６０に制御信号を送り、どちらか一方
の制御方式による電気刺激信号を選択する。

さらに、これら電気刺激信号の強度は、入力部
２０での選択に応じてROM３４から読取つた制
御信号を強度設定回路４６及び電圧刺激発生回路
５１に送つてその都度設定する。この強度は使用
者が快適であると感じるまで、調整して設定する
ことが出来る。

この刺激強度が適切となつた時、ホスト部１２
の入力部２０のスタートキーをオンにしてスター
ト入力を制御部３０に送り、CPU３２の処理に
よつて治療開始データを刺激信号発生部１０に送
り（S3）、制御部３０がＡ／Ｄコンバータ９２か
ら音量レベルの取込みを開始する（S4）。この取
込みは、CPU３２によるサンプリングにより行
い、サンプリング毎に得られた各音量レベルを
RAM３３に一旦書込み（S5）、所要に応じて
RAM３２からCPU３２に順次読出し（S6）、
CPU３２において８ビツトデータの音量レベル
を16段階に変換する（S7）。このレベル変換の
際、音量が「０」の場合はもとより、音量が低い
場合にも強制的に「０」の段階として電気刺激信
号強度を「０」にするようになしている。この16
段階の音量レベルを低周波領域の対応する周波数
にそれぞれ変換する（S8）。この変換は、例え
ば、ROM３４に予め各音量レベルに対応する変
換周波数をテーブル状に格納しておき、音量レベ
ル毎に周波数変換テーブルと対比させて、対応す
る周波数を読出して行う（S8）。この周波数情報
を出力ポート３６を経て対応する構成成分に送る
（S9）。この場合好ましくは、サンプリングを、
生体が実質的にリアルタイムと感じる速さ、例え
ば約0.01〜0.5秒の範囲内の周期で行うのが好適
である。また、周波数変換テーブルは例えば第４
図に示すように、16段階の音量レベルのそれぞれ
に対して、０〜60Hzの範囲好ましくは生体が１番
心地良いと感じる刺激周波数である０〜30Hzの範
囲内の個別の周波数を割り当てる。例えば、第４
図からも理解出来るように、音量レベル「０」は
1.5Hz、「１」は２Hz、……「５」は５Hz、……
「10」は10Hz、「11」は15Hz、……「15」は30Hzと
いうように設定してある。このように、CPU３
２には、このようなサンプリングを行つて周波数
変換する変換手段１０２（第５図）を具えてい
る。

サンプル毎に音量レベルが周波数変換されて出
力ポート３６から逐次出力されると、この周波数
が波形発生部４１の周波数クロツク部４３及び電
圧刺激発生回路５１に供給されて、初期設定した
周波数から、順次に送られてくる音量レベルに即
応した新たな周波数に更新され、よつて、電流又
は電圧の周波数のアナログ的制御が行われ、電気
刺激信号の周波数変調がアナログ的に自動的に達
成される。

このように、音楽・音を聴覚刺激として行い、
その音源装置１６からの音量レベルを聴覚刺激と
実質的にリアルタイムでサンプリングすると共
に、このサンプリング時間と同じ時間で常に音量
レベルに対応した周波数に電気刺激信号の周波数
を変調して経皮刺激を与えている。

この周波数変調の最大の特長は、リアルタイム
に近いサンプリングと、このサンプリングに即応
した電気刺激（経皮刺激に対応する。）の設定に
ある。この実施例では、音量（音圧）レベルが
「０」又は極く低いレベル（最大レベルの16分の
一以下）では例えば1.5Hz以下の周波数に設定し
ている。このように、音楽の休止や音量の小さい
場合における次の刺激までの待ち時間は、例えば
１Hzでは１秒、0.5Hzでは２秒、0.25Hzでは４秒
となる。従つて、事実上の音楽からすると、休止
時や音量の低い場合には、経皮刺激を行わないこ
ととなる。この経皮刺激の無刺激時間が聴覚刺激
の無刺激時間と実質的に同期しているため、好み
の音楽によつて大脳皮質は経験的観念による音楽
の世界で神経支配が起つて、疼痛を感じさせなく
なり、治療効果が上がる。

ところで、次の経皮刺激までの待ち時間が長く
なると、事実上、聴覚刺激に即応しない場合が生
ずる。そこで、この実施例では、刺激信号発生部
１０の制御部３０は、この待時間を変換周波数と
音量レベルとで常時観察して、待時間が長くなる
場合には、新たにサンプリングされた音量レベル
に対応する周波数に強制的に変換するような周波
数強制変換手段１０３を具える。

この周波数強制変換手段１０３の動作の流れの
一例を第８図を用いて説明する。

先ずサンプリングされた音量レベルが最大レベ
ルの16分の１以下であるかを判定処理を行う
（S10）。イエス（Ｙ）の場合には音量レベルの治
療強度段階を「０」段階にセツトする（S11）。
ノー（Ｎ）の場合には、現在の周波数が例えば５
Hz以下であるかの判定処理を行う（S12）。次に、
周波数が５Hzより高い場合には、この周波数の１
サイクルが終了しているか否かの判定処理を行う
（S13）。１サイクルを終了していない場合には、
治療強度を設定強度（初期設定強度）に設定する
（S16）。１サイクルを終了している場合には、音
量レベルを次のサンプリングで得られた音量レベ
ルに対応する周波数に変換し（S15）、ステツプ
S16を経て出力させる。上述のステツプS13での
判定処理で現在の周波数が５Hz以下である場合に
は、直前のサンプリングでの音量レベルと比較し
（S14）、現在の音量レベルの方が高い場合には、
ステツプS15の処理で強制的に現在の音量レベル
に対応する周波数にセツトし、続いてS16の処理
を行つて出力する。また、現在の音量レベルが低
い場合には、ステツプS16の処理を行う。この一
連の処理は、この電気刺激信号発生装置の作動中
常時行う。尚、上述した実施例では、変換処理１
０２と、周波数強制変換手段１０３とを別個に設
けた機能ブロツクの場合について説明したが、変
換手段１０２に周波数強制変換手段１０３を組み
込んだ構成とすることも出来る。また上述した動
作の流れに限定されるものではなく、別の流れで
あつても良い。

＜振幅変調＞ 先ず、周波数変調の場合と同様に、初期設定を
行う（第５図及び第６図）。この場合、初期設定
された強度は生体に対し最大刺激を与える最大強
度であり、これが設定強度である。この設定強度
はRAM３３に書込まれ随時読出される状態にあ
る。

次に、サンプリングによつて８ビツトデータの
音量レベルが順次に取込まれると、設定強度はそ
の０〜100％の範囲内でこの新たに取込まれた音
量レベルに対応した強度（振幅）に順次に実時間
で更新され、よつて電気刺激信号の振幅変調が達
成され、よつて経皮刺激強度の変調を達成するこ
とが出来る。この振幅（強度）変換は常時行われ
る。

この振幅変調は、この実施例では、CPU３２
の治療強度設定手段１０４を用いて主として行う
ことが出来る。

この振幅変調処理（第９図参照）は、先ず、
RAM３３から設定強度を読出し（S20）、次に、
このRAM３３から８ビツトデータの音量レベル
を読出す（S21）。続いて、次式（）の式の演
算を行うため、この音量レベルの８ビツトデータ
を256で除算し、得られた商に設定強度を乗算し
て治療強度すなわち振幅制御値を算出する
（S22）。尚、この算出過程はこれに限定されるも
のではない。

治療強度＝設定強度 ×｛（音量レベルの８ビツトデータ）／256｝
……（） この場合、好ましくは、振幅制御値として設定
強度の０〜100％の範囲内で24段階の電気刺激信
号強度が得られるように設定するのが良い。ま
た、音楽・音の音量レベルが「０］又は極く低い
場合には、強制的に電気刺激信号強度を「０」に
設定する。しかし、この強度は「０」にしなくて
も、音量レベルが低いと強度も低くなるので、生
体としては感じなくなり、音楽・音に体感は適合
する。

また、治療強度設定手段１０４の機能ブロツク
で演算処理を行う例につき説明したが、ROM３
４に変換テーブルとして治療強度（振幅制御値）
を格納しておき、この変換テーブルを読出して治
療強度に変換しても良い。

このようにして得られた振幅制御値を出力ポー
ト３６から出力して強度設定回路４６及び電圧刺
激発生回路５１に送り、電流及び電圧刺激信号の
振幅を変調する。この場合にも、周波数変調の場
合と同様に、制御方式選択部６０によつて電流又
は電圧制御方式の一方を選択する。

この振幅変調の場合には、周波数変調の場合と
同様にその音源装置からの音量レベルを聴覚刺激
と実質的にリアルタイムでサンプリングし、サン
プリング時間と同じ時間で振幅変換して電気刺激
信号の振幅を設定強度の０〜100％の範囲内で実
時間的に設定している。

この振幅変調の特長は、音楽の休止や音量が小
さい場合には出力刺激をしない点にあり、周波数
変調の場合と同様に、経皮刺激の無刺激時間を、
音楽に合せて作り出すことが出来、音楽療法にお
いてその効果が大となる。

＜パルス数変調＞ この場合にも、前述した周波数変調の場合と同
様に初期設定を行うが、周波数の代わりにパルス
数発生器９６から例えば一例として16パルス／秒
（30Hzに対応する。）のパルス速度でパルスを発生
させるように初期設定する（第５図及び第６図）。

次に、サンプリングによつて８ビツトデータの
音量レベルが順次に取込まれると、初期設定パル
ス数を最大パルス数とした範囲内でこの新たに取
込まれた音量レベルに対応したパルス数に順次に
実時間で更新され、よつて電気刺激信号の制御が
達成され、よつて経皮刺激のパルス数制御を達成
することが出来る。このパルス数変調は常時行わ
れる。

このパルス数変調は、この実施例では、CPU
３２のパルス数設定手段１０５を用いて主として
行うことが出来る。

パルス数変調処理（第１０図参照）は、先ず、
RAM３３から16段階のレレベルに分割された音
量レベルを読出し（S23）、次に、対応するパル
ス数変換値をROM３４においてテーブル変換し
て求め（S24）、続いて次式（）に従う演算を
行う（S25）。

パルス数制御値 ＝（16段階の変換値−１） ……（） この実施例によれば、式（）に従つて、パル
ス数制御値を算出して、これを出力ポート３６か
らパルス数発生器９６に送り、これよりサンプリ
ングされた音量レベルに即応して対応するパルス
レイトでパルスを発生させ、切換スイツチ９７を
経て波形発生部４１の周波数クロツク部４３に送
る。従つて、電流及び電圧刺激信号をパルスとし
て発生するパルスレイトを制御することが出来
る。この場合のパルス数を、好ましくは、生体が
心地良いと感じる０〜30個／秒の範囲内の個数と
するのが好適である。

この式によれば、パルス数は音楽の休止時や低
音量の時に「０」となる。

尚、パルス数制御値の算出は式（）に限定さ
れるものではなく、他の算出方法に従つても良
い。また、これら算出の代わりにROM３４に音
量レベルに対応するパルス数制御値をテーブル状
に格納しておいて、テーブル変換して求めても良
い。

このようにパルス数変調を行つても、前述の周
波数変調の場合と同様に、聴覚刺激と実質的にリ
アルタイムで経皮刺激を与えることが出来る。

［］ 音量レベルの不使用 ＜リズム変調＞ この処理につき説明する（第１１図）。この場
合には、ホスト部１２の入力部２０から治療デー
タとして変調、波形、刺激パターン、制御方式、
電極選択等の設定条件を制御部３０へ入力させ
る。この処理につき説明する。上述した周波数変
調等の場合と同様に、これら設定条件に基づいて
初期設定を行なう。この初期設定に際し、強度を
強く感じやすくするため、波高が大きい波形を用
いる。そして、例えば、生体が最適刺激と感じる
刺激パターンとなつた時に治療を開始する。先
ず、CPU３２の変調方式設定手段１０６によつ
てリズム変調指令情報を出力ポートから波形制御
部８０へ送り、この波形制御部８０を作動させる
（S30）。音源装置１６からの音情報の有無を判定
し（S31）、これが出力している場合にはコンパ
レータ８１によつて例えばレベル比較によりこれ
を検出し、スイツチ８４をローパスフイルタ８２
へ切換えてほぼ200Hz以下の音情報をリズム変調
波形として波形選択部４２に送る（S32）。一方、
音情報が無い場合には、このコンパレータ８１に
よつてリズム発生器８３からの擬似音波形をリズ
ム変調波形として波形選択部４２へ送る（S33）。
次に、変調方式設定手段１０６からの指令によ
り、波形選択部４２を切換えてリズム変調波形の
みを選択して後段に送るように設定する（S34）。

この波形選択部４２より電圧刺激発生回路５１
へ送ると共に、強度設定回路４６を経て電流刺激
発生回路４７へ送る（S32）。両リズム変調波形
で電流及び電圧刺激信号のリズム及び又は強度を
それぞれ制御して（S33）、前述の他の変調方法
の場合と同様に電流又は電圧制御のいづれかの方
式で電気刺激信号として出力させる。よつて、生
体にリズム及び強度刺激を与えることが出来る。

この実施例において、ほぼ200Hz以下のローパ
スフイルタ８２を用いたのは、その範囲の周波数
の刺激パターンで得られる刺激がベースやドラム
に合致した刺激となるからである。

このリズム刺激によつても生体の不快感を緩和
したり治療したりすることが出来る。

［］ 音源装置を用いない刺激パターン変調 ＜電流及び電圧制御方式の交互切換え＞ この場合には音楽に関係なく、制御部３０にお
いて刺激パターンの選択されたパラメータを自動
的に変えるように構成したものである。刺激のパ
ラメータとして、代表的なものに、波形、パルス
幅、周波数及び強度がある。

この実施例では、周波数及び強度を可変パラメ
ータとした二つの例につき刺激パターン変調処理
を説明する（第２図、第５図、第１２図）。

先ず、ROM３４には予め各パラメータの初期
設定値及び周波数及び強度の可変パラメータ値を
それぞれ格納しておく。

この刺激パターン変調処理につき説明する。

周波数可変 前述した各変調方式の場合と同様に、入力部２
０からの指令により、変調方式設定手段１０６に
よつて刺激パラメータ変調を指令し（S40）、設
定手段１０１によつて波形、パルス幅及び強度の
初期設定を行う（S41）。次に、この指令に基づ
き刺激パラメータ設定手段１０７を作動させて
ROM３４から周波数を読取り、これを出力ポー
ト３６から波形発生部４１及び電圧刺激発生回路
５１へ出力する（S42）。この周波数は固定であ
つてもランダムに変化しても良い。次に、前述し
た周波数変調の場合と同様に電気刺激信号を制御
する（S43）。次に、前述の変調方式設定手段１
０６でこの変調方式を選んだことに基づき、この
手段１０６より制御方式選択部６０に、電流及び
電圧刺激信号を一定またはランダムな切換え速度
で交互に出力する指令を与え、これらの刺激信号
を交互に出力させる（S44）。これがため、生体
に交互刺激を与えることが出来る。この交互切変
えは入力部２０からの指令に従つてROM３４か
ら読出して出力させる。この処理を設定手段１０
１で行わせることも出来る。

強度可変 この場合には、基本的には前述の周波数可変の
場合と同様にして処理が行われるため、第１２図
において周波数を強度（振幅）と置換えた処理を
行えば良い。しかし、周波数の初期設定は設定手
段１０１からPTM３５へ制御信号を送り、この
PTM３５より、自動的に周波数をロツクさせる。
この強度可変によつて刺激パターン変調を行い、
生体に交互刺激を与えることが出来る。

このように、いづれの種類の刺激パターン変調
においても、刺激パターンはCPU３２に予め格
納してあるプログラムによつて制御される。

ところで、この刺激パターン変調の場合には電
流及び電圧刺激信号を交互に切換えるが、その切
換え時間を数秒〜数分とするが、好ましくは、約
２秒〜１分程度とするのが好適である。

このような交互切換えによる交互刺激を与える
理由は以下の通りである。例えば、電流制御を正
弦波、指数関数波形とし、電圧制御を方形波、針
状波形として生体刺激を行つた場合、電圧制御時
と同じ電流値でも電流制御では無刺激となる。生
体は無刺激と感じても、電流制御では生体に電荷
を与えているので、麻酔時や子供、或は電気嫌い
の人の場合には、電流刺激は有効である。しか
し、電流刺激だけでは無感となるため、電圧と電
流刺激とを交互に切換えることによつて有感刺激
を与えるのである。

この装置の主要制御の動作の流れ 第１３図はこの装置の主要動作の流れの一例を
示す図である。

先ず、入力部２０から信号を受信しているかを
判断し（S50）、受信している場合にはその判断
のデータ及び各データのセツトを行つた後、又受
信していない場合には直接次の周波数変調処理に
進む。

次に、周波数変調か否かの判断を行い（S52）
その指令がある場合には周波数変調の処理を行つ
た後（S53）、又、その指令が無い場合には直接
次の処理に進む。

次に、振幅変調か否かの判断を行い（S54）そ
の指令がある場合には振幅変調の処理を行つた後
（S55）、又、その指令が無い場合には直接次の処
理に進む。

次に、リズム変調か否かの判断を行い（S56）
その指令がある場合にはリズム変調の処理を行つ
た後（S57）、又、その指令が無い場合には直接
次の処理に進む。

次に、パルス数変調か否かの判断を行い
（S58）、その指令がある場合には周波数変調の処
理を行つた後（S59）、又、その指令が無い場合
には直接次の処理に進む。

次に、変調なしか否かの判断を行い（S60）、
変調指令がない場合には変調なしの処理を行つた
後（S61）、又、その指令がある場合には直接次
の処理に進む。

次に、その他の所要の処理例えば刺激パターン
処理等を含む処理のコントロールを行う。

尚、この処理はこの装置の動作中繰り返し行わ
れる。又、これらの各変調方式の種類、その有無
の判定処理はCPU３２の変調方式設定手段１０
６で行い、その結果をそれぞれ周波数強制変換手
段１０３、治療強度設定手段１０４、パルス数設
定手段１０５、刺激パラメータ設定手段１０７へ
信号を送り、それぞれの処理を開始させる。

音量レベルデータのCPUでの処理 第５図においてＡ／Ｄコンバータ９２から
CPU３２へ入力した音量レベルデータは、変換
手段１０２において、第１４図の流れ図に示すよ
うに、先ず、Ａ／Ｄコンバータ９２からのデータ
値を256段階の８ビツトデータに変換してRAM
３３にセツトする（S63）。このセツトされたデ
ータを16段階に変換しRAM３３の別の領域にセ
ツトする（S64）。

電流刺激発生回路及び電圧刺激発生回路 次に、第２図で説明した電流刺激発生回路４７
及び電圧刺激発生回路５１につき第１５図及び第
１６図を参照して簡単に説明する。

これら両回路４７及び５１は従来既知の電子回
路技術でハード構成で容易に組むことが出来る。

電流刺激発生回路 第１５図にこの回路の一例のブロツク図を示
す。この回路は既に説明したように入力電圧の波
形と同一波形の電流を出力する回路である。

この回路は、例えば、オペアンプ、フオトカプ
ラ、ダーリントン回路等を主として用いた回路
で、第一段１１０、第二段１２０及び第三段１３
０から構成する。

第一段１１０は定電圧レベルで電圧波形を電流
波形に変換するため、オペアンプ１１１とフオト
カプラの発光素子１１２とを組み合わせて構成
し、入力電圧を光出力に変換する。

第二段１２０はフオトカプラの受光素子１２１
と、受光素子からの電流を電圧に変換する電流対
電圧変換回路１２２と、電圧を増幅するオペアン
プ１２３とで構成し電圧を出力する。

第三段１３０は電圧をさらにオペアンプ１３１
で増幅した後ダーリントン回路に送り電流に変換
し、これより出力電流を発生する。この際、ダー
リントン回路１３２の出力をオペアンプ１３１側
にフイードバツクすることによつて、この出力電
流が与えられる生体のインピーダンスが変化して
も常に入力電圧波形と一致した波形の電流を出力
出来るように形成してある。

この電流刺激発生回路４６の回路構成は何等こ
の実施例の構成に限定されるものではなく、他の
構成であつても良い。

電圧刺激発生回路 この回路は入力電圧を単に増幅する回路であ
り、例えばその構成の一例を第１６図にブロツク
図で示す。この回路５１はオペアンプ１４１とそ
の増幅電圧出力を増幅するプツシユプル増幅器１
４２とで構成し、入力電圧の振幅及び又は周波数
が所要により変えられた電圧を出力するようにし
てある。

この回路５１も上述した実施例の回路構成にの
み限定されるものではなく、他の構成であつても
良い。

この発明を達成するための制御及び又は装置の
構成は上述した実施例で説明した方法及び構成に
何等限定されるものではなく、この発明の範囲内
において種々の変更を行えること明らかである。
例えば第２図等に示した装置の構成は他の構成で
あつても良く、又その動作方法も上述した動作手
順にのみ限定されるものではない。

上述した周波数変調、振幅変調、パルス変調、
リズム変調及び刺激パターン変調（交互刺激）を
任意に組み合わせて電気刺激信号を発生させるこ
とも可能である。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明
によれば、生体に音楽・音の音量（音圧）レベル
に対応した低周波電気刺激を、電流及び電圧制御
方式のいづれか一方又は双方の交互切換えによつ
て生体に実質的にリアルタイムで与える構成とな
つているので、従来の１／ゆらぎ則に基づく方
法の場合よりも、確実かつ疼痛緩和及び治療効果
が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の説明に供する低周波電気刺
激発生装置の基本構成を示すブロツク図、第２図
はこの発明の説明に供する低周波電気刺激発生装
置の具体的構成例を示すブロツク図、第３図はこ
の発明の説明に供する電圧波形図、第４図この発
明の説明に供する周波数変換テーブルを示す図、
第５図はこの発明の説明に供する、主として
CPUの機能を説明するためのブロツク図、第６
図〜第１４図はこの発明の説明に供する動作の流
れ図、第１５図はこの発明の説明に供する電流刺
激発生回路の一構成例を示すブロツク図、第１６
図はこの発明の説明に供する電圧刺激発生回路の
一構成例を示すブロツク図である。 １０……刺激信号発生部、１２……ホスト部、
２０……入力部、３０……制御部、４０……電流
制御部、５０……電圧制御部、６０……制御方式
選択部、７０……出力部、８０……波形制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体に電気刺激を与えるための電気刺激信号
   発生装置において、 生体が実質的にリアルタイムと感じる速さで音
   源からの音量レベルのサンプリングを行い、該サ
   ンプリングにより得られた各音量レベルを低周波
   領域の対応する周波数に変換して出力すると共
   に、所要の制御情報を出力する制御部と、該周波
   数で電流及び電圧刺激信号の周波数変調をそれぞ
   れ行う電流及び電圧制御部とを含む刺激信号発生
   部を具える ことを特徴とする低周波電気刺激信号発生装置。 ２ 前記刺激信号発生部は、前記制御部からの制
   御情報によつて前記電流又は電圧刺激信号のいづ
   れか一方のみを電気刺激信号として出力するよう
   に切換えられる制御方式選択部を含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の低周波電気
   刺激信号発生装置。 ３ 前記電流制御部は、前記音量レベルに対応す
   る周波数の電圧波形信号を出力する波形発生部
   と、入力された電圧波形信号の波形と同一の波形
   の電流刺激信号を出力する電流刺激発生回路とを
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の低周波電気刺激信号発生装置。 ４ 前記電圧制御部は、前記音量レベルに対応す
   る周波数の電圧波形信号を出力する波形発生部
   と、入力した電圧波形信号を電圧刺激信号として
   出力する電圧刺激発生回路とを含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の低周波電気刺
   激信号発生装置。 ５ 前記低周波周波数領域を０〜60Hzとしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の低周
   波電気刺激信号発生装置。 ６ 前記サンプリングを0.01〜0.5秒の範囲内の
   周期で行うことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の低周波電気刺激信号発生装置。 ７ 前記制御部は、前記音量レベルを複数の段階
   に分割する手段と、音量レベル対周波数変換テー
   ブルが格納されたROMと、該ROMから各サン
   プリング毎の音量レベルに対応した周波数を読出
   して出力する手段とを具えていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の低周波電気刺激
   信号発生装置。 ８ 前記音量レベルは、そのレベルが「０」レベ
   ルの時及び低いレベルの時、音量レベル「０」の
   段階に設定されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項に記載の低周波電気刺激信号発生装
   置。