JPWO2016125312A1 - 電気刺激装置 - Google Patents
電気刺激装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2016125312A1 JPWO2016125312A1 JP2016573165A JP2016573165A JPWO2016125312A1 JP WO2016125312 A1 JPWO2016125312 A1 JP WO2016125312A1 JP 2016573165 A JP2016573165 A JP 2016573165A JP 2016573165 A JP2016573165 A JP 2016573165A JP WO2016125312 A1 JPWO2016125312 A1 JP WO2016125312A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrical stimulation
- signal
- pulse
- muscle
- living body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims abstract description 318
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims description 172
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 11
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 7
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 3
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 abstract description 49
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 abstract description 19
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 16
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 11
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 10
- 206010049565 Muscle fatigue Diseases 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 8
- 238000012549 training Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000003387 muscular Effects 0.000 description 4
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 3
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 3
- 208000012661 Dyskinesia Diseases 0.000 description 2
- 208000010428 Muscle Weakness Diseases 0.000 description 2
- 206010028372 Muscular weakness Diseases 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008321 arterial blood flow Effects 0.000 description 2
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000007675 cardiac surgery Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 2
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 2
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 2
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 210000003314 quadriceps muscle Anatomy 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 210000002027 skeletal muscle Anatomy 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 206010003694 Atrophy Diseases 0.000 description 1
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 description 1
- 102000008934 Muscle Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010074084 Muscle Proteins Proteins 0.000 description 1
- 206010028289 Muscle atrophy Diseases 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000009798 acute exacerbation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000037444 atrophy Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 244000309466 calf Species 0.000 description 1
- 238000013130 cardiovascular surgery Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000763 evoking effect Effects 0.000 description 1
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000020763 muscle atrophy Effects 0.000 description 1
- 201000000585 muscular atrophy Diseases 0.000 description 1
- 230000017311 musculoskeletal movement, spinal reflex action Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 230000012191 relaxation of muscle Effects 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000002747 voluntary effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36003—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of motor muscles, e.g. for walking assistance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
- A61N1/3603—Control systems
- A61N1/36034—Control systems specified by the stimulation parameters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/02—Details
- A61N1/04—Electrodes
- A61N1/0404—Electrodes for external use
- A61N1/0408—Use-related aspects
- A61N1/0452—Specially adapted for transcutaneous muscle stimulation [TMS]
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は上記の事情に鑑みて創出されたものであり、その目的とするところは、従来より少ない電流でより効果的に所定の筋出力を得ることのできる電気刺激装置を提供することである。
この電気刺激装置は、筋収縮(筋出力)を促す電気刺激信号を、片極性のパルス状信号(片極性パルス波)として発振する。かかる構成によると、同形状の双極性のパルス状信号(双極性パルス波)による電気刺激信号に比べて、例えば同一電圧および/または同一電流において有意に高い筋収縮を誘発することができ、高い筋出力(筋力)ならびに筋運動を得ることができる。したがって、この電気刺激装置によると、生体機能により効果的に作用する電気刺激を付与することができる。
なお、等尺性最大筋力(最大随意的筋張力ともいう。Maximal Voluntary Contraction force:MVC)とは関節角度あるいは筋の長さを一定に保った状態で筋肉が収縮することにより発揮される力の最大値であって、例えば、一般的に行われる握力測定や背筋力測定等で測定される筋力がこれに相当する。かかるMVCは、例えば、後述のMVC測定方法等により測定することができる。
なお、本明細書では、このようなアンダーシュートを備える片極性パルス波について、特に「片方向性パルス複合波」と言い、アンダーシュートを備えない片極性パルス波等と区別する場合がある。
発振部の構成については特に制限されず、例えば、従来のこの種種の電気刺激装置に使用されている発振部を用いることができる。具体的には、生体の一部に電気刺激信号を付与することで当該刺激付与領域に含まれる筋肉の収縮を誘発し得るものであれば、特に制限されることなく用いることができる。信号発生部10において形成される電気刺激信号の形態については後述するが、複数のパルス状信号を含むパルス群信号を形成し得る発振部であればよい。かかる発振部により発振可能な信号の周波数についても特に制限されず、おおよその目安として、例えば、周波数が1Hz以上4000Hz以下程度の発振が可能な発振部を使用することができる。より好適には、周波数が1Hz以上1000Hz以下(1Hz以上1000Hz未満)の周波数領域を発生し得るものであってよい。特に好ましくは、周波数が1〜500Hz程度の低周波を任意のパルス波形で発振し得る低周波発振器等がより好適であり得る。かかる発振部により、所定の形態の電気刺激信号を形成し、出力することができる。この信号発生部10は、所定の形態の電気刺激信号を所定の出力値で発振可能なように、例えば演算機能を備える等して構成されていても良い。
ここに開示される技術において、電気刺激装置1が出力する電気刺激信号は、複数のパルス状信号を含むパルス群信号を含んでいる。そして、このパルス群信号におけるパルス状信号は、主たるパルス状信号が、いずれも、プラスまたはマイナスのいずれか一方の極に立ち上がる片極性パルス波とされている。典型的には、図2Aに示すように、全てのパルス状信号がプラス側に発振される片極性パルス波である。かかる構成により、生体に対して、電気刺激信号がより効果的に作用し、一定の実効電流で筋肉をより大きく収縮させることができる。換言すると、少ない電流で、所定の筋出力を得ることが可能とされる。また、電気刺激信号による痛みの発生を抑制しつつ、高い筋出力を得ることができる。
そして単位ピーク電流あたりの総筋出力値(すなわちパラメータX)とは、ピーク電流1mApあたりに得られる総筋出力値(例えば、単位はkgf)であって、上記の総筋出力値を平均ピーク電流で除することで算出することができる。
これに対し、ここに開示される技術では、上記のとおり、個体差はあるものの、このパラメータXを30%程度以上向上した値(例えば、1.3倍以上)とすることができる。例えば、成人男性について、このパラメータXを、典型的には、概ね200〜400kgf/mAp程度へと改善することができる。すなわち、単位ピーク電流あたりに高い他動的筋出力を得ることが可能とされる。延いては、ピーク電流が小さく痛みをきたさない電気刺激信号により、高い他動的筋出力を得ることが可能となる。
かかる休止期間については、特に制限はないが、多様な観点から設計することができる。例えば、(1)パルス群信号による刺激量を適切に調整し、電気刺激信号による筋疲労(LFF)が発生しにくい状態を維持するよう考慮することができる。また、(2)たとえ筋疲労が生じたとしても、筋収縮により体内に生成される代謝産物を血流で洗い流し、疲労が回復されるよう考慮することができる。
これにより、筋肉に対し効果的に作用するパルス群信号Pにより疲労が発生した場合であっても、生体内に発生した筋疲労物質を血流によって洗い流し、電気刺激を行いながら疲労回復を図ることができる。すなわち、他動的筋出力を十分に得ながら、筋萎縮を防止することができる。
ここで、一般に、アンダーシュートとは、パルス状信号として片極性の矩形波(方形波)を出力した場合において、その立ち下がり部分において波形が定常値となる基準電位よりも逆極性側に突出した波形の部分をいう。しかしながら、ここに開示される技術においては、このような突出部分を意図的に(定常的に)備える矩形パルス波形を出力することがより好ましい形態であり得る。
なお、双極性パルス波との差異を明確にするために、アンダーシュートは、その波形が直線部分を含まないものとすることができる。
例えば、電気刺激による筋力低下の防止または筋力増強効果をより高めたい場合には、より高い筋出力が誘発されることが好ましい。かかる点において、アンダーシュートの強度は−20%以下(すなわち、立下り方向へ20%以上の深さ。以下同様。)であるのが好ましく、−40%以下であるのがより好ましく、例えば−45%以下とすることができる。しかしながら、高い筋出力が得られる場合であっても、立下り方向への深さが大きすぎるアンダーシュートは、当該パルス状信号と異なる極性のパルス状信号と見なし得る。このことは、ここに開示される技術による効果が損なわれる虞があるために好ましくない。したがって、アンダーシュートの強度は−100%以上(すなわち、立下り方向へ100%以下の深さ。以下同様。)であるのが好ましく、−90%以上であるのがより好ましく、例えば−85%以上とすることができる。
すなわち、ここに開示される電気刺激装置1によると、例えば、少ない電流で効率良く筋肉を収縮させることができる。その結果、例えば、生体に筋肉疲労をきたすことなく筋収縮を誘発することができる。また、所望の効果に応じて、より痛みを抑えた状態で、筋収縮を誘発することができる。したがって、例えば、全体として5分間以上(例えば30〜90分間)の電気刺激プログラムを長期に亘って安全に受けることができる。あるいは、同等の筋出力効果を得るための電気刺激装置の使用時間を短縮することができる。これらのことは、電気刺激装置により引き起こされる生体への負担を確実に軽減するものであって、延いては電気刺激装置の快適な使用を実現するものであり得る。
<実施形態1>
本実施形態では、図1に示される電気刺激装置1を用いて生体に電気刺激信号を導入し、かかる電気刺激信号の波形とこの電気刺激信号により誘発される筋運動効果との関係を評価した。
生体としては、規則的なトレーニング経験のない健康な男子大学生4名を対象(被験者)として選定した。
最初に、被験者の膝関節伸展の際の等尺性最大筋力の測定を行った。かかる測定には、測定機能付自力運動訓練装置(ミナト医科学(株)製,WT−C20)を用いた。測定に際しては、まず、被験者を測定装置に座らせた(半座位姿勢)後、シートベルトにより腹部を椅子に固定した。そして測定対象である右足の大腿部を、膝関節が90度となる状態でアームレバーに固定し、次いで、下腿遠位部に測定アタッチメントのパッドを装着した。その後、被験者に最大努力で、十分な時間間隔を確保しながら、膝関節伸展運動をさせた。そして、かかる右脚の伸展運動に伴う筋出力を測定し、その最大値を等尺性最大筋力(MVC)とした。
次いで、被験者の太腿部に電気刺激装置の電極パッドを装着し、下記の電気刺激信号A,Bをそれぞれ3分間付与した。電極パッドは、被験筋である右側大腿四頭筋を挟むように近位側(中枢側)と遠位側(末梢側)とに貼り付けた。なお、電極は、特筆しない限り、近位側にプラスの電極パッドを、遠位側にマイナスの電極パッドを貼り付けた。
(a)片方向性パルス複合波
プラス側:矩形波
高周波パルス成分:周波数200Hz,片極(プラス側のみ)計1パルス
低周波パルス成分:周波数20Hz,片極(プラス側のみ)計9パルス
マイナス側:アンダーシュート(深さ−75%)
(b)双極性パルス波
プラス側およびマイナス側:矩形波
パルス成分:周波数20Hz,双極計10パルス
以上の電気刺激信号A,Bにより膝関節に誘発される伸展運動の大きさ(筋収縮量)を、MVC測定と同様に測定機能付自力運動訓練装置(ミナト医科学(株)製,WT−C20)を用いて、膝関節伸展時の筋出力として測定した。そして各々の電気刺激信号について、誘発される最大収縮力が30%MVCとなる電圧を調べた。
十分な休憩時間を挟んで、電気刺激信号AおよびBを上記で求めた30%MVCとなる電圧でそれぞれ生体に印加したときに、膝関節に誘発される伸展運動の大きさ(筋収縮量)を、上記測定機能付自力運動訓練装置により測定した。
そして、1群のパルス状信号(一のパルス群信号)につき測定された膝関節の伸展時の筋出力を当該パルス状信号における筋収縮力とし、その値を一のパルス群信号あたりで積分した積分値を総筋出力値として算出した。
また、電気刺激装置から出力した電気刺激により、生体に実際に付与された電圧および電流量を測定し、ピーク電流値を調べた。
電気刺激装置からの出力は、負荷(生体)のインピーダンスによって出力電圧が僅かながら変動を起こす。本実施形態において、各電気刺激信号により生体に付与された電流は、被験者ごとのインピーダンスの相違に伴う若干の違いはあるが、電気刺激信号に対する変化の傾向は揃っており、安定して通電できていることが確認できた。
電気刺激信号Aにおける片方向性パルス複合波によると、生体には、電流波形のプラス側パルスの立ち上がり時に高い周波数成分に基づく大きなピーク電流が流れ、その後は低い電流が安定して流れることがわかった。このようにピーク電流が高周波パルス成分の矩形波パルス信号の立ち上がり部分で発生することは、パルス複合波の特徴によるものであると言えた。また、マイナス側のアンダーシュート部分においても、周波数分が高いために比較的大きなピーク電流が流れ、ゆっくりと電流値0へと収束することが確認された。
[試験1]
以下では、電気刺激装置から出力される電気刺激波形の筋出力等に及ぼす影響について、詳細に検討した。下記の各種の試験において、生体としては、規則的なトレーニング経験のない健康な男子大学生9名を対象(被験者)として選定した。そして各被験者について、実施形態1と同様の手順で、MVC測定を行った。
[30%MVCの決定]
次いで、下記「出力設定用基準波形」による電気刺激を各被験者に与えることで、この基準波形に基づく各被験者のMVCの30%に相当する筋出力(30%MVC出力)を誘発する刺激強度(電圧)を調べた。
高周波パルス成分:周波数200Hz,双極(プラス側−マイナス側)計1つ
低周波パルス成分:周波数20Hz,双極(プラス側−マイナス側)計9つ
この出力設定用基準波形は、従来波形とも言える双極パルス信号により構成されている。
上記30%MVC測定から十分な時間の経過後、ここに開示される電気刺激装置を用いて、被験者に対して電気刺激を付与するとともに、かかる電気刺激により誘発される筋力を測定した。本実施形態では、誘発された筋力を、常法に従って測定される筋出力(kgf)により評価した。
具体的には、まず、9人の被験者の太腿部に、電気刺激装置の電極パッドを装着し、下記(r1)(a1)(a2)で示すパルス成分(パルス状信号)からなるパルス群信号を複数組み合わせてなる電気刺激信号(R1)(A1)(A2)を付与した。なお、各パルス成分は、上記で求めた各被験者の基準波形に基づく30%MVC出力となる電圧で付与した。
高周波パルス成分:周波数200Hz,片極(プラス側)計1パルス
低周波パルス成分:周波数20Hz,双極(マイナス側−プラス側)計9パルス
(a1)
高周波パルス成分:なし
低周波パルス成分:周波数20Hz,片極(プラス側のみ)計10パルス
(a2)
高周波パルス成分:周波数200Hz,片極(プラス側のみ)計1パルス
低周波パルス成分:周波数20Hz,片極(プラス側のみ)計9パルス
これにより、パルス群信号を構成する各パルス信号が、双極性パルス波である場合(r1)と片極性パルス波である場合(a1)(a2)とで、誘発される筋収縮にどのような違いがあるのかを評価した。また、片極性パルス波である場合に、高周波パルス成分の無(a1)と、有(a2)とでその違いを評価した。
9人の被験者には、試験の信頼性を増すため、出力設定用基準波形にて出力設定を行った後、3通りの電気刺激信号(R1)〜(A2)をラテン方格法に従って無作為な順序で付与した。各電気刺激信号は、十分な筋休息時間を挟んで付与した。
また、上記の電気刺激信号(R1)〜(A2)の付与に際し、2クール目、4クール目および5クール目に被験者が感じた電気刺激による痛みを、視覚的評価スケール(Visual Analog Scale:VAS)法により評価した。具体的には、「0」を痛みのない状態、「10」をこれまで経験した一番強い痛みの状態として、各評価クールにおける電気刺激による痛みを10cmの直線上のどの地点に位置するかを10段階で示した。結果は、9人の被験者による痛みを示すVAS値の平均値として示した。
図5[1]は、電気刺激信号の付与に伴う筋出力(kgf)の時間推移を示した図である。なお、図5以下の各図におけるデータ群は、左から1クール目,2クール目…のデータを示している。休止期間は筋出力がない(ゼロである)ため、図5には休止期間は短縮(割愛)して示している。また、各図において、データの時間推移の傾向が明瞭となるように、筋出力等の値を示す目盛は適宜調整している。図5の[1]に示されるように、片極性の電気刺激信号(A1)および(A2)を付与した場合は、双極性の電気刺激信号(R1)を付与した場合に比較して、筋出力値が有意に大きく、高い最大収縮力が得られることが確認できた。これとは対照的に、片極性の電気刺激信号(A1)と(A2)との間には、誘発される筋出力値に大きな差は見られなかった。
また、図5[2]は、電気刺激による筋肉の運動量(kgf・sec)の推移を示した図である。図5[2]に示されるように、運動量についても、片極性の電気刺激信号(A1)および(A2)を付与した場合の方が、双極性の電気刺激信号(R1)を付与した場合に比べて、明らかに大きくなる傾向が見られた。なお、片極性の電気刺激信号(A1)と(A2)とによる運動量については、筋出力の場合と比較して両者間に差がみられるが、これは電気刺激の付与時間(通電時間)の差によるとも考えられ、特筆すべき差ではないと考えられる。
パルス群信号を下記に示す(r1)(a2)(a3)とし、その他の条件は上記参考試験1と同様にして、生体に電気刺激信号(R1)(A2)(A3)を付与した。そして、かかる電気刺激信号(R1)〜(A3)により誘発される[1]最大収縮力、[2]運動量および[3]痛みを上記参考試験1と同様に測定し、その結果を図6に示した。
なお、各パルス群信号における各パルス成分は、上記試験1と同様、出力設定用基準波形に基づく各被験者の30%MVCに相当する出力となるように設定した電圧を用いた。
高周波パルス成分:周波数200Hz,片極(プラス側)計1パルス
低周波パルス成分:周波数20Hz,双極(マイナス側−プラス側)計9パルス
(a2)
高周波パルス成分:周波数200Hz,片極(プラス側のみ)計1パルス
低周波パルス成分:周波数20Hz,片極(プラス側のみ)計9パルス
(a3)
高周波パルス成分:周波数200Hz,片極(マイナス側のみ)計1パルス
低周波パルス成分:周波数20Hz,片極(マイナス側のみ)計9パルス
これにより、パルス群信号を構成する片極性のパルス信号が、プラス側にある場合(a2)とマイナス側にある場合(a3)とで、誘発される筋収縮にどのような違いがあるのかを評価した。
図6の[1]に示されるように、片極性の電気刺激信号(A2)および(A3)を付与する場合であっても、その極性の向きによって、誘発される筋力に大きな違いが生じることがわかった。すなわち、生体に付与する電気刺激信号によってもたらされる効果は、その電気刺激信号の方向性により大きな影響を受けることがわかった。そして、電気刺激信号の方向は、電気刺激信号(A2)のように、生体の中枢側から末梢側に向かって進行するように付与することで、より高い筋最大収縮力が誘発されることが確認された。なお、逆向きに、すなわち、生体の末梢側から中枢側に向かって電気刺激信号が進行するように付与する(電気刺激信号(A3))場合には、双極性の電気刺激信号(R1)を付与した場合よりも筋最大収縮力が小さくなり得ることが確認された。
痛みの評価については、各電気刺激信号により誘発される最大収縮力の差が大きいために単純な比較ができないが、双極性の電気刺激信号(R1)と片極性の電気刺激信号(A3)とでは、その差は大きくはないものの片極性信号(A3)の方が痛みが強いという結果となった。これは、例え電気刺激の生体への導入方向が適切でない場合であっても、片極性信号(A3)により生体により多くの実効電流が導入され得ることを示唆している。
以上のことから、公知の双極性の電気刺激信号(R1)は、その方向性を意識することなく生体に刺激を付与しうるものの、より高い筋収縮効果を得るには片極性の電気刺激信号(A2)に大きく及ばないことが確認された。
次に、上記の試験1と同じ信号(a2)のパルス状信号に設けるアンダーシュートの深さを(a2):−25%〜−85%の間で10%ずつ変化させ、7通りのパルス群信号(a4)〜(a10)とした。そして、その他の条件は上記試験1と同様にして、これらのパルス群信号を組み合わせた電気刺激信号(A4)〜(A10)を生体に付与し、誘発された[1]最大収縮力、[2]運動量および[3]痛みを上記試験1と同様に測定した。
なお、各パルス群信号における各パルス成分は、出力設定用基準波形において、各被験者の30%MVCに相当する出力となるように設定した電圧を用いた。
上記の電気刺激信号により誘発された筋運動および痛みの測定結果を図7に示した。アンダーシュートの深さを−45%とした電気刺激信号(A6)および(A6’)ならびにアンダーシュートの深さを−65%とした電気刺激信号(A8)および(A8’)により誘発された筋収縮態様は、測定日が異なることで、その結果に若干の相違が見られた。しかしながら、同日に測定された電気刺激信号(A4),(A5)および(A6)の間と、電気刺激信号(A6’),(A7)および(A8)の間と、電気刺激信号(A8’)および(A9)との間では、それぞれ、アンダーシュートの深さが深くなるに従い、[1]最大収縮力および[2]運動量が大きくなる傾向が見られた。しかしながら、[1]最大収縮力および[2]運動量ともに、アンダーシュートが−85%まで深くなる(A10)では低下する傾向が見られた。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
10 信号発生部
20 電極部
Claims (11)
- 電気刺激信号を発生する信号発生部と、
前記信号発生部から発生された前記電気刺激信号を生体に付与する電極部と、
を備え、
前記電気刺激信号は、複数のパルス状信号を含むパルス群信号を含み、
前記パルス群信号における複数のパルス状信号は、いずれも、プラスまたはマイナスのいずれか一方の極に立ち上がる片極性パルス波である、電気刺激装置。 - 前記信号発生部から発生される前記電気刺激信号をNとし、
周波数20Hzの双極性パルス波からなるパルス群信号を含む電気刺激信号をMとしたとき、
これらの電気刺激信号Nおよび電気刺激信号Mに基づき生体に付与された単位ピーク電流当たりの筋出力を示すパラメータXNおよびXMが、次式:XN≧1.3×XM;を満たす、
ここで、前記パラメータXNおよびXMは、それぞれ、
前記生体の大腿部に、前記電気刺激信号Nおよび前記電気刺激信号Mを等尺性最大筋力(MVC)の30%の他動的筋出力が得られる電圧にて付与して測定される膝関節伸展時の筋出力について、
(1)前記筋出力を一の前記パルス群信号あたりで積分した積分値を総筋出力値とし、
(2)一の前記パルス群信号より生体に流れる最大の電流値を平均した平均ピーク電流値としたとき、
(3)次式:X=(総筋出力値)÷(平均ピーク電流値);で算出される、
請求項1に記載の電気刺激装置。 - 前記パルス群信号は、
高周波パルス成分と、
前記高周波パルス成分の後に発振される低周波パルス成分と、
を含む、請求項1または2に記載の電気刺激装置。 - 前記高周波パルス成分は、1周期以上4周期以下の高周波パルス信号を含む、請求項3に記載の電気刺激装置。
- 前記低周波パルス成分は、2周期以上20周期以下の低周波パルス信号を含む、請求項3または4に記載の電気刺激装置。
- 前記パルス状信号の波形は、
基準電位から立ち上がったのち立ち下がる矩形パルスであって、
前記立ち下がりに引きつづき、前記基準電位よりも更に立ち下がったのち、前記基準電位に戻るアンダーシュートを備える、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気刺激装置。 - 前記パルス状信号の強度は、等尺性最大筋力の1〜30%の他動的筋出力を誘発する刺激強度に設定される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気刺激装置。
- 前記電気刺激信号は、
第1休止期間を挟んで複数の前記パルス群信号を有する第1刺激信号を含む、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電気刺激装置。 - 前記電気刺激信号は、
第2休止期間を挟んで複数の前記第1刺激信号を有する第2刺激信号を含む、
請求項8に記載の電気刺激装置。 - 前記生体に前記電気刺激信号を付与する時間が、1分間以上180分間以下となるように構成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気刺激装置。
- 前記電気刺激信号を、前記生体の末梢側に向かって通電するよう構成されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電気刺激装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2015/053434 WO2016125312A1 (ja) | 2015-02-06 | 2015-02-06 | 電気刺激装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2016125312A1 true JPWO2016125312A1 (ja) | 2017-11-09 |
JP6547215B2 JP6547215B2 (ja) | 2019-07-24 |
Family
ID=56563675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016573165A Active JP6547215B2 (ja) | 2015-02-06 | 2015-02-06 | 電気刺激装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6547215B2 (ja) |
WO (1) | WO2016125312A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT201700005161A1 (it) | 2017-01-18 | 2018-07-18 | Viktor S R L | Metodo ed apparecchiatura di elettrostimolazione |
US11957905B2 (en) * | 2017-07-25 | 2024-04-16 | Ito Co., Ltd. | Electric current stimulation device |
CN112999515A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-22 | 中国人民解放军总医院第二医学中心 | 一种舌部电刺激方法、装置及相关设备 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10295832A (ja) * | 1997-04-22 | 1998-11-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 生体刺激装置および生体刺激方法 |
JP2011143061A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Minato Ikagaku Kk | 筋疲労をきたしにくい電気刺激装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006026138A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Ito Choutanpa Kk | 低周波治療器 |
-
2015
- 2015-02-06 JP JP2016573165A patent/JP6547215B2/ja active Active
- 2015-02-06 WO PCT/JP2015/053434 patent/WO2016125312A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10295832A (ja) * | 1997-04-22 | 1998-11-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 生体刺激装置および生体刺激方法 |
JP2011143061A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Minato Ikagaku Kk | 筋疲労をきたしにくい電気刺激装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016125312A1 (ja) | 2016-08-11 |
JP6547215B2 (ja) | 2019-07-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7410993B2 (ja) | 歩行調整用のシステム及び装置並びにその使用方法 | |
Hasegawa et al. | Effect of early implementation of electrical muscle stimulation to prevent muscle atrophy and weakness in patients after anterior cruciate ligament reconstruction | |
JP6751881B2 (ja) | 歩行訓練用脊髄電気刺激装置 | |
Vaz et al. | Effects of Russian current and low-frequency pulsed current on discomfort level and current amplitude at 10% maximal knee extensor torque | |
US6959216B2 (en) | Electronic muscle pump | |
JPWO2019189306A1 (ja) | 振動刺激付与システム、振動刺激条件決定システム、振動刺激条件決定支援サーバ、およびデータ構造 | |
Powell et al. | Transvertebral direct current stimulation paired with locomotor training in chronic spinal cord injury: A case study | |
WO2016125312A1 (ja) | 電気刺激装置 | |
Weber et al. | Functional electrical stimulation using microstimulators to correct foot drop: a case study | |
Kai et al. | Evoked EMG makes measurement of muscle tone possible by analysis of the H/M ratio | |
KR102122413B1 (ko) | 장착형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체 | |
JP6727519B2 (ja) | 電気刺激装置 | |
JP6600481B2 (ja) | 身体の運動機能障害を回復させる電流刺激装置及び電流刺激方法 | |
JP7094528B2 (ja) | 電気的刺激装置 | |
Alon et al. | Comparing four electrical stimulators with different pulses properties and their effect on the discomfort and elicited dorsiflexion | |
US20220184395A1 (en) | Current stimulation apparatus | |
RU2650210C1 (ru) | Способ реабилитации пациентов после травм и поражений грудного и поясничного отделов позвоночника | |
Craven | Development and evaluation of rehabilitation technologies for early-stage spinal cord injury | |
RU2236264C1 (ru) | Способ формирования вертикальной позы у больных с нарушением проводимости по спинному мозгу | |
JP2005052223A (ja) | 末梢血液循環改善具 | |
RU2612837C1 (ru) | Способ лечения вибрационной болезни, связанной с воздействием локальной вибрации | |
JP5916154B2 (ja) | 筋出力測定機能付電気刺激装置 | |
RU2778777C1 (ru) | Способ и устройство автоматизированной коррекции позы и движений верхней конечности в локтевом суставе | |
JP7469745B2 (ja) | 身体の運動機能障害を回復させる電流刺激装置 | |
Glanville | Electrical control of paralysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171215 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20171215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181011 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181207 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190516 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190606 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6547215 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |