JPS594644Y2 - 生体用電気刺激装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、アースから出力回路を絶縁するトランスへ刺
激波を供給し、その出力を基にして生体へ電気的な刺激
を与える生体用電気刺激装置に関するものである。

従来、この種の装置により例えば誘発筋電図を測定する
場合、通常トランスの２次側から供給されるパルス巾５
０μｓｅｃ〜ｌ ｍ５ｅｃ、出力電圧１０〜３００ Ｖ
程度の刺激波を直接生体へ与えている。

しかしながら、この方式では負荷が変動するとトランス
の内部抵抗或はその入出力回路の抵抗における電圧降下
により出力電圧が自ずと変動し、また出力波形にはトラ
ンスの周波数特性によるサグ或はオーバシュートが生じ
、このためトランスの１次側における刺激波入力の設定
電圧及び波形は、２次側の刺激波出力と正確に対応し得
なかった。

よって本考案の目的は、生体へ与えられる刺激をトラン
スの１次側で正確に設定し得る生体用電気刺激装置を提
供することに在る。

この目的の解決のためにフォトカプラ等を介して刺激波
出力の１部を１次側へ負帰還させることも考えられるが
、絶縁トランスの周波数特性の制約により負帰還の位相
補償が難しく、シたがって完全な負帰還を行うことは不
可能である。

そこで本考案により前記目的を２次側へ増幅器を設け、
トランスを通して供給される刺激波に対応する矩形波を
その電源電圧とし、増幅器入力としてアースと絶縁され
た結合回路を通して刺激波を供給することにより解決す
る。

次に本考案を図示の実施例を基に説明する。

第１図において、アースから出力回路を絶縁するＩ・ラ
ンス２の１次側には刺激波を入力とする駆動増幅器１が
接続し、２次側には出力波形のアンダシュートをしゃ断
するためにダイオード３及び抵抗器４が直列に接続して
いる。

従来このような回路においてダイオード３の出力を電気
刺激として生体へ与えていたが、さらに本考案により刺
激波出力用の増幅器５並びにその入力回路を構成する直
線性の良い振幅増幅用の増幅器６、双対型のフォトカプ
ラ７及び刺激波入力を供給されてフォトカプラ７を駆動
増幅器８が付加されている。

増幅器５には１例として差動増幅器が用いられ、その一
方の入力としてはフ第１〜カブラフの１方の対から刺激
波が供給され、他方の入力としては差動出力が抵抗器９
及び１０により分圧されて負帰還される。

この電圧負帰還により負荷変動に対して刺激波出力を高
度に定電圧化することが可能となる。

また増幅器５の電源電圧としてはダイオード３から刺激
波出力に対して相対的に大きな振幅の刺激波が供給され
る。

フォトカプラ７はアースと絶縁した状態で刺激波を伝達
し得る結合回路として機能し、刺激波を歪ませることな
く出力し得ると共に一方の対の出力が駆動増幅器８へ負
帰還されることによりフォトカブラフの入出力間で良好
な直線性を呈する。

以上説明した回路において、駆動増幅器１へ例えば矩形
状の刺激波入力が加えられると、トランス２の２次側か
らは１次側のアースと絶縁された状態で矩形状の刺激波
がダイオード３を通して増幅器５へその電源電圧として
供給される。

一方、駆動増幅器８へ加えられた矩形波状の刺激波入力
は、同様にフォトカプラ７によりアースと絶縁された状
態で良好な直線性を保持して増幅器６を介して増幅器５
へ増幅入力として供給され、その増幅出力は刺激波出力
として生体へ与えられる。

この際負荷インピーダンスが変動すると、増幅器１及び
トランス２の内部抵抗等によりその２次側電圧は変動す
るが、増幅器５の入力電圧が一定である限り、前述の増
幅器５の負帰還作用によりその出力電圧は一定に保持さ
れる。

さらにトランス２の周波数特性によりその出力波形にサ
グ或はオーバシュートが生じても、あくまで電源変動と
して留まり、出力波形は入力波形に対応して一定振幅の
平坦な刺激波に保持される。

さらに、刺激波入力の設定振幅を変化させると、前述の
如く増幅器５の入力には一定比の入力電圧が供給され、
一方増幅器５の電源電圧も対応して変化することになる
が、増幅器５の負帰還作用により刺激波形入力とその出
力の振幅に関しても良好な直線性が得られる。

尚、結合回路としてはフォトカプラ７の代りにパルスト
ランスの利用も考られ、この場合２次側での波形歪みは
刺激波出力として許容できる範囲でなければならない。

増幅器５の電源電圧は増幅入力の振幅に対応して変化す
る方が、電圧利用率、アーチファクト等の点で好ましい
が、トランス２の入力は刺激波自体でなくこれに対応す
るパルス巾の一定振幅の矩形波にして電源電圧を一定に
することもできる。

また２次側の他回路又は増幅器５の前段の電源電圧はダ
イオード３からの刺激波より派生させても良いが、別途
に電池を設けることもできる。

第２図は本考案の第２の実施例を示し、第１図の回路に
おいて増幅器５の電圧帰還用の抵抗器９及び１０を廃止
して、電流帰還用の抵抗器２１を負荷に直列に接続する
。

したがって負荷電流に比例した抵抗器２１における電圧
降下が増幅器５の一方の入力端へ負帰還され、負荷変動
に無関係にトランス２の１次側で設定された刺激波に対
応する定電流の刺激波出力が得られる。

尚、この実施例では増幅器５の電源電圧は、一定振幅の
刺激人力に対して刺激波出力の電圧は負荷に応じて変化
するために、その最大電圧に対して余裕のある一定振幅
の刺激波に対応した矩形波にする。

第３図は本考案の第３の実施例を示すもので、第１及び
第２の実施例におけるフォトカプラ７の直流出力レベル
の変動を補償するために、第１図の回路に直流レベル補
償回路が付加している。

即ち第１図の回路において増幅器６は差動増幅器３１と
置換され、その出力は増幅器５へ供給されると共にその
直流レベルから基準レベルＥを減算する差動増幅器３２
へも供給される。

その出力回路の抵抗器３３及びコンテ゛ンサ３４は補償
電圧を保持する保持回路を形成している。

３５は刺激波形の入力時に出力側フォトトランジスタが
オンとなり、保持回路３３．３４の人力をしゃ断するス
イッチング素子としてのフォトカブラフで゛ある。

３６はフォトカフ。う３５がオンの際にコンテ゛ンサ３
４がフォトカプラ３５を介して放電することを阻止する
ダイオード、３７はその際差動増幅器３２を保護する抵
抗器、３８はエミッタホロワ用のトランジスタである。

差動増幅器３１の直流出力レベルが基準レベルＥから変
動すると、その差に対応するレベルの電圧がコンデンサ
３４に保持されると共に差動増幅器３１の一方の入力端
へトランジスタ３８を通して負帰還され、その出力レベ
ルを基準レベルへ平衡させる。

刺激波の人力時には補償電圧の変動を防止するようにフ
ォトカプラ３５が導通して保持回路３３．３４への刺激
波の入力が阻止され、この間コンデンサ３４は補償電圧
を保持する。

したがって、温度等によりフォトカブラフの直流出力レ
ベル、即ち増幅器５の直流入力レベルの変動に起因する
刺激波人力に対するその出力の直線性の悪化或は刺激波
出力のベースとなる直流レベルの変動が回避される。

第４図は本考案の第４の実施例を示すもので、第１図の
駆動増幅器１へ矩形状の刺激波形人力でより巾の狭いパ
ルス列或はより高い周波数成分の正弦波の搬送波を変調
する差動増幅器４１が前置され、またトランス２の２次
側では復調のために抵抗器４がコンデンサ４２と置換さ
れている。

尚、第１乃至第４の実施例では増幅器５は差動増幅器以
外の利用も考えられるが、この場合においても負帰還に
より定電圧及び定電流化を一層高度に行うことができる
。

また本考案は矩形波だけでなくランプ、正弦波の刺激波
にも適用可能であるが、この場合トランスの入力波形は
刺激波の幅に対応する矩形波にする。

以上の説明から明らかな本考案によりトランスの２次側
出力を増幅器の電源に用い、その増幅器入力には設定し
た刺激波を結合回路を通して供給することにより、負荷
変動に対しても生体へ与えられる刺激波の電圧或は電流
を常に一定にでき、波形の歪みも容易に解消できるよう
になる。

さらには、アースと絶縁されたトランスの２次側におい
て３００■にも達する刺激波に対応した高圧電源を別途
設ける必要がなくなり装置が小型化できるばかりか、刺
激波発生時のみ前記高圧電源を供給するものであるため
、たとえ制御回路が故障した場合でも、高電圧が直接生
体に印加されるという事故を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれ本考案による生体用電気刺
激装置の回路構成例を示す。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） Ｉ−ランスを通して生体へ刺激波を与える生体
   用電気刺激装置において、刺激波に対応する矩形波の供
   給されるトランスの２次側へその２次側出力を電源電圧
   としそしてアースと絶縁された結合回路を通して供給さ
   れる刺激波を入力とする増幅器を設け、その増幅出力が
   生体へ与えられることを特徴とする生体用電気刺激装置
   。
2. （２）増幅器へその出力電圧に対応した負帰還が加えら
   れることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の生体用電気刺激装置。
3. （３）増幅器へその出力電流に対応した負帰還が加えら
   れることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の生体用電気刺激装置。