KR100556272B1

KR100556272B1 - 생체 자극장치

Info

Publication number: KR100556272B1
Application number: KR1020030036447A
Authority: KR
Inventors: 고바야시다쓰유키; 이즈미다카시
Original assignee: 테크노 링크 컴파니 리미티드
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2006-03-03
Also published as: EP1479410B1; KR20040100795A; JP2004344444A; DE60308652T2; DE60308652D1; US20040236391A1; CN100441251C; US7191014B2; ATE340602T1; JP4174825B2; CN1572336A; TWI289058B; EP1479410A3; EP1479410A2

Abstract

폭 넓은 치료, 시술 효과를 얻음과 동시에, 보다 부드러운 자극감을 얻는다. 직사각형파 펄스보다 높은 주파수의 신호성분을 복수 포함하는 직사각형파 펄스군 S의 반복을 출력단자(24)로부터 인체에 가한다. 인체는 콘덴서 특성을 가지므로, 동일한 전류, 주파수를 가지는 직사각형파보다 부드러운 자극감을 받게 된다. 또한 온 펄스 사이의 휴지기간이 자극 발생 수단(8)에 의하여 변화하므로, 인체의 등가 정전용량에 대한 충전 전류가 조밀한 간격으로 공급되어 충전량이 완만하게 상승하고, 체감적으로 보다 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

Description

생체 자극장치{LIVING BODY STIMULATING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 생체 자극 장치의 회로도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내는 생체 자극 장치의 각부의 파형도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 나타내는 생체 자극 장치의 출력 단자 사이에 더미-저항을 접속시킨 경우의 자극신호의 파형도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예를 나타내는 생체 자극 장치의 도 3에서의 파형도의 반사이클분의 확대도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예를 나타내는 생체 자극 장치의 출력단자 사이에 인체의 허리를 댄 경우의 자극 신호의 파형도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예를 나타내는 생체 자극 장치의 별도의 변형예를 나타내는 블록 구성도이다.

도 7은 종래예를 나타내는 요부의 회로도이다.

** 도면의 주요 부호에 대한 설명 **

8 자극 발생수단 24 출력 단자(도자)

본 발명은 전극을 내장한 도자를 생체에 대고, 이 도자로부터 생체에 전류를 흘려보내 자극을 가하는 생체 자극장치에 관한 것이다.

종래의 생체 자극장치는 발신기로부터 도자에 출력되는 저주파의 펄스 전류를 환부에 흘려보내 신경 치료 등의 치료를 행하도록 하고 있다.

예를 들면, 일본공개특허공보 평1-146562호 공보에는 사용자가 전환 조작 스위치를 조작함으로써 출력회로에서 생체인 인체에 출력하는 자극신호를 양(+)의 펄스 주기마다 출력하는 직류 간헐 펄스와, 양(+)의 펄스와 음(-)의 펄스로 이루어지는 직사각형파 펄스군을 주기마다 출력하는 교류 간헐 펄스와, 양(+)의 펄스와 음(-)의 펄스를 주기마다 출력하는 교호 간헐 펄스 중 어느 하나로 전환하거나, 각각의 간헐 펄스의 주기나 진폭을 변화시켜, 자극의 속도나 강도를 조절할 수 있는 생체 자극 장치가 개시되어 있다.

그런데, 인체는 직류를 통과시키기 어렵고, 그 저항치는 전압에도 영향을 받지만 거의 100KΩ인 반면, 주파수 1KHz인 교류 전압에서는 1KΩ정도이고, 주파수가 배가 되면 저항치는 반이 된다. 즉, 인체는 거의 콘덴서와 같은 용량성이 있어 주파수의 증가와 함께 생체 저항이 감소하는 특성을 가지고 있다. 한편, 인체에 대한 자극감은 직류에 가까운 저주파수나, 직류 성분(직선의 부분)이 많은 직사각형파일수록 자극이 강하고, 같은 주파수라면 직사각형파보다도 정현파가 자극이 부드러워진다.

이와 같은 정현파상의 자극 신호를 인체에 가하는 생체 자극장치의 일례를 도 7에 나타낸다. 도 7에 있어서, 101은 제어 수단인 CPU(중앙 연산 처리 장치)이고, 이로부터 출력되는 디지털 데이터 신호를 D/A회로(102)에 의하여 아날로그 데이터 신호로 변환한다. 또한, 아날로그 데이터 신호를 앰프 회로(103)에 의하여 증폭한 후, 트랜스(104)를 경유하여 정현파상의 자극 신호를 도자인 출력 단자(105) 사이에 발생시킨다. 이 경우, 정현파의 진폭은 예를 들면 앰프 회로(103)의 전단에 접속되는 출력 가변 볼륨(106)을 조작함으로써 임의로 증감시킬 수 있다

그러나, 이러한 정현파는 자극감이 부드럽고 인체에 바람직한 반면, 단일 주파수 성분밖에 존재하지 않아 폭 넓은 치료, 시술효과를 얻기에는 몹시 불리하다. 또한 장치의 출력회로에 있어서도, 정현파상의 파형을 얻기 위하여 D/A 회로(102)나 앰프 회로(103) 등의 이른바 아날로그 회로를 사용하지 않을 수 없어 부품 수가 늘어나고 회로 구성이 복잡하게 되며 전력 효율도 악화되어, 제조원가의 상승을 초래한다. 즉, 정현파를 출력하는 회로에서는 트랜지스터나 저항, 콘덴서 등의 부품이 수십 개 필요하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본원 출원인이 앞서 출원한 일본공개특허공보 2001-259048호 공보에는 소정의 반복 주파수로 출력되는 직사각형파 펄스를 펄스 폭 변조하고, 상기 직사각형파 펄스보다 높은 주파수 성분을 복수 포함하는 직사각형파 펄스군의 반복을 자극 신호로 하여 상기 도자에 출력하는 자극 발생 수단을 구비한 것이 개시되어 있다. 이 경우 직사각형파 펄스군의 시간 폭의 반이 경과할 때까지는 개개의 온 펄스의 시간 폭이 서서히 넓어지고, 그 후 직사각형파 펄스 군의 하강구간에 가까워짐에 따라 개개의 온 펄스의 시간 폭을 서서히 좁히는 PWM 변조 방법을 채용하여, 인체에 통전한 파형이 약 정현파상으로 변형되는 것을 이용하여, 인체에 부드러운 자극감을 주도록 하고 있다.

상기 일본공개특허공보 2001-259048호 공보에서는, 직사각형파 펄스군을 구성하는 개개의 펄스 폭을 PWM 변조에 의하여 점증 또는 점감시키고, 이 직사각형파 펄스군을 양과 음으로 교호적으로 인체에 가하여, 인체의 콘덴서와 같은 용량성에 의하여 변형시킴으로써 자극 신호를 저주파의 정현파에 근사한 파형으로 하여, 부드러운 자극감을 얻도록 하고 있는데, 직사각형파 펄스군의 발생기간 중에 있어서, 개개의 온 펄스 폭이 예를 들면 10μ∼60μ로 가변하기 때문에, 특히 온 펄스 폭이 넓어지면, 인체의 등가 정전용량에 대한 충전량이 급격하게 상승하여, 체감적으로 부드러운 자극감이 얻어지기 어렵다는 불만이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폭넓은 치료, 시술효과를 얻을 수 있는 동시에, 보다 부드러운 자극감을 얻을 수 있는 생체 자극 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 청구항 1의 생체 자극 장치는 상기 목적을 달성하기 위하여, 생체에 도자를 대고, 이 도자로부터 생체에 전류를 흘려 보내어 자극을 주는 생체 자극 장치에 있어서, 직사각형파 펄스군의 반복을 자극신호로 하여 상기 도자에 출력하는 자극 발생 수단을 구비하며, 상기 자극 발생 수단은 상기 직사각형파 펄스군의 출력기간 중에, 이 직사각형파 펄스군을 구성하는 복수의 온 펄스 밀도를 가변한 상기 자극신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서, 복수의 온 펄스를 포함한 직사각형파 펄스군의 반복을 자극 신호로 하여 도자에 출력하면, 생체는 마치 콘덴서와 같은 특성을 가지고 있기 때문에, 고주파수의 신호 성분인 온 펄스에 의하여 그 임피던스가 낮아지고, 생체 내부에서 직사각형파 펄스군 전체의 파형이 변형되어, 전체적으로 저주파의 변형파 파형이 된다. 그 때문에, 동일한 전류 및 주파수를 가지는 직사각형파보다 부드러운 자극감이 된다. 또한, 각 직사각형파 펄스군에는 직사각형파 펄스보다 높은 주파수의 신호 성분을 복수 포함하고 있으므로, 이 신호 성분에 의한 폭넓은 치료, 시술효과도 기대할 수 있다.

또한, 직사각형파 펄스군을 구성하는 복수의 온 펄스의 밀도를, 자극 발생수단이 임의로 가변시키기 때문에, 온 펄스 밀도의 고저에 따라 생체내의 저주파 파형을 바람직한 상태로 변형시킬 수 있다. 또한, 각 직사각형파 펄스군의 출력기간 중에 있어서, 개개의 온 펄스의 시간 폭은 일정하고, 온 펄스간의 휴지기간이 자극 발생 수단에 의하여 변화하기 때문에, 폭이 넓은 온 펄스가 존재하지 않게 되는 분만큼, 생체의 등가 정전용량에 대한 충전 전류가 조밀한 간격으로 공급되어 충전량이 완만하게 상승하고, 체감적으로 보다 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

또한 청구항 2의 생체 자극 장치는, 전체적으로 소정의 시간 폭을 가지는 상기 직사각형파 펄스군이 양과 음으로 교호적으로 나타나고, 직사각형파 펄스군의 상승구간 시작으로부터 상기 소정의 시간 폭의 반이 경과할 때까지는, 상기 온 펄스의 밀도가 서서히 높아지고, 그 후 이 직사각형파 펄스군의 하강구간에 접근함 에 따라, 상기 온 펄스의 밀도가 서서히 낮아지도록, 상기 복수의 온 펄스의 밀도를 가변한 상기 자극 신호를 출력하는 상기 자극 발생수단을 구비하여 구성된다.

이와 같이 하면, 복수의 온 펄스로 이루어지는 전체적으로 소정의 시간 폭을 가지는 각 직사각형파 펄스군이 주기마다 양과 음으로 교호적으로 나타나, 직사각형파 펄스군의 상승구간의 시작으로부터 소정의 시간 폭의 반이 경과할 때까지는 개개의 온 펄스의 펄스 밀도가 서서히 높아지고, 그 후 이 직사각형파 펄스군의 하강구간에 접근함에 따라, 개개의 온 펄스의 펄스 밀도가 서서히 낮아지도록, 자극 발생 수단이 자극 신호를 출력하면 각 직사각형파 펄스군의 파형이 변형되어, 자극 신호는 저주파의 정현파에 근사한 신호에 고주파의 온 펄스가 중첩된 파형이 된다. 따라서, 동일한 전류 및 주파수를 가지는 직사각형파에 비하여 대단히 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

또한 청구항 3의 생체 자극 장치는 상기 직사각형파 펄스군의 시간 폭이 상기 온 펄스의 시간 폭의 100배 이상이 되는 상기 자극 신호를 출력하도록, 전기 자극 발생 수단을 구성하고 있다.

이와 같이 하면, 생체에 가해지는 개개의 온 펄스가 이 온 펄스의 일군으로 이루어지는 직사각형파 펄스군보다 2자리수 이상 짧은 시간 폭을 가지기 때문에, 낮은 주파수의 신호성분이 발생하는 기간 중에, 고주파수의 신호 성분을 매우 유효하게 생체에 가할 수 있다.

이하, 본 발명의 생체 자극 장치의 일 실시예에 대해서, 첨부도를 참조하여 상세하게 설명한다.

장치의 전체 구성을 도 1에 기초하여 설명하면, 1은 교류 입력을 안정화시킨 상태에서 직류 출력으로 변환하는 안정화 전원으로서, 여기에서는 AC100V의 교류 전압을 DC+15V 및 DC+5V의 직류 전압으로 각각 변환하고 있다. 2는 상기 안정화 전원(1)으로부터의 DC+5V의 직류 전압과 수정 발신기(3)로부터의 기준 클록 신호에 의하여 동작하는 제어 수단인 CPU(중앙 연산 처리장치)이다. 상기 CPU(2)는 잘 알려진 바와 같이, 입출력수단, 기억수단 및 연산 처리수단 등을 내장하고, 기억수단에 기억된 제어 시퀀스에 따라서, 소정 패턴의 자극전류를 생체인 인체(미도시)에 가하도록 되어 있다.

상기 CPU(2)의 입력측 포트에는, 복수의 자극 모드 중에서 특정 자극 모드를 선택하는 모드 선택수단인 스위치(4)가 복수 접속된다. 이에 대응하여 CPU(2)의 출력측 포트에는 어느 자극 모드가 선택·실행되었는지를 나타내는 모드 표시수단으로서의 LED(6)가 복수 접속된다. 기타, CPU(2)의 출력측 포트에는 자극시간을 측정하여 표시하는 시간표시 수단으로서의 세그먼트 LED(7)와, 자극 발생수단(8)을 구성하는 두 개의 FET(9, 10)와 인체에 가하는 자극신호의 진폭 및 인터벌(휴지기간)을 가변하는 출력 가변회로(11)가 접속된다. 또한 본 실시예에서는 편의상 하나의 세그먼트 LED(7)만을 도시하였으나 실제로는 2개 또는 그 이상의 세그먼트 LED(7)가 배치된다. 또한 예를 들면 공통의 LCD 표시기 등에 의하여 상기 LED(6)과 세그먼트 LED(7)를 일체화시켜 표시하여도 된다.

상기 출력 가변회로(11)는 안정화 전원(1)으로부터의 DC+15V의 직류 전압에 의하여 작동하는 것으로, CPU(2)로부터 출력되는 각 제어 신호, 즉 강제 자극 지령신호(HAMMAR), 자극 휴지기간 설정 신호(INTERVAL) 및 자극 개시 신호(START)와 수동조작 가능한 가변 저항(14)으로부터의 출력 레벨 설정 신호에 의하여 DC 0V부터 DC+15V의 범위로 진폭 변조된 소정의 반복 주파수로 출력되는 직사각형파상의 가변 출력신호를 자극 발생 수단(8)에 공급하는 한편, 상기 자극 발생 수단(8)은 출력 가변 회로(11)로부터의 가변 출력신호를 펄스 밀도 변조하는 것으로, 스위치 수단으로서의 상기 FET(9, 10) 이외에, 1차측과 2차측을 절연한 트랜스(21)를 구비하여 구성된다. 구체적으로는, 트랜스(21)의 1차 권선(22)은 그 센터 탭이 상기 출력 가변회로(11)의 가변 출력 라인에 접속되는 동시에, 자극신호를 출력하는 2차 권선(23)의 양단에는, 도자에 상당하는 한 쌍의 출력 단자(24)가 각각 접속된다. 또한 소스 접지된 일 FET(9)의 드레인에는, 트랜스(21)의 1차 권선(22)의 일단이 접속되고, 마찬가지로 소스 접지된 타 FET(10)의 드레인에는 트랜스(21)의 1차 권선(22)의 타단이 접속된다. 또한, CPU(2)로부터 +측 PDM(펄스 밀도 변조)신호가 FET(9)의 제어 단자인 게이트에 공급되고, CPU(2)로부터의 -측의 PDM신호가 FET(10)의 제어 단자인 게이트에 공급되도록 되어 있다.

다음으로, 상기 구성에 대하여 그 작용을 도 2의 파형도에 기초하여 설명한다. 또한, 도 2에 있어서, 최상단에 있는 파형은 가변회로(11)로부터의 가변 출력신호이고, 이하 +측 PDM 신호, -측 PDM신호 및 출력 단자(24) 사이의 자극 신호의 각 파형이 도시되어 있다.

스위치(4)에 의하여 특정 자극 모드를 선택하고, 미도시한 스타트 스위치를 조작하면, CPU(2)에 의하여 선택한 자극 모드에 대응하는 LED(6)가 점등된다. 또한, CPU(2)는 이 선택된 자극 모드에 맞는 자극 신호가 출력단자(24) 사이에서 출력되도록 자극 발생 수단(8)이나 출력 가변 회로(11)를 포함하는 각 부를 제어하는 자극 생성 수단으로서 작용한다. 이 일련의 제어에 있어서, CPU(2)로부터 출력 가변 회로(11)에 자극 개시 신호를 출력하면, 도 2의 그래프 좌측에 도시하는 바와 같이, 소정의 시간 폭(t1)을 가지는 진폭(Al)의 직사각형파 펄스를 주기(T)마다 반복 출력하는 가변 출력신호가 출력 가변회로(11) 등 자극 발생 수단(8)에 공급된다. 또한, 이 때 진폭(A1)은 가변저항(14)에 의하여 DC 0V부터 DC+15V의 범위에서 적정하게 가변할 수 있기 때문에, 사용자가 자극 정도를 소망하는 상태로 바꾸는 것이 용이해진다. 또한 여기에서는 미도시하였으나, 직사각형파 펄스의 주기(T)나 시간 폭(t1)도, CPU(2)로부터의 지령에 의하여 가변할 수 있도록 하면, 사용자가 보다 바람직한 자극을 얻기 쉬워진다. 이것은 CPU(2)중의 제어 프로그램을 변경하는 것만으로 간단히 실현된다.

CPU(2)는 상기 출력 가변회로(11)로부터 직사각형파 펄스가 출력될 때마다, 이 직사각형파 펄스의 출력기간 중에 있어서, 이보다 높은 주파수 성분을 가지는 복수의 온 펄스를, FET(9) 또는 FET(10)로 교호적으로 출력한다. 이 때, 직사각형파 펄스가 상승하기 시작한 후 직사각형파 펄스의 시간폭(t1)의 반이 경과할 때까지는, FET(9) 또는 FET(10)에의 온 펄스의 펄스 간격(오프 시간 간격)(t2)이 서서히 좁아져 펄스 밀도가 상승하고, 그 후 직사각형파 펄스의 하강구간에 접근함에 따라, FET(9) 또는 FET(10)에의 온 펄스의 펄스 간격(t2)이 서서히 넓어지면서 펄스 밀도가 저하되도록 출력된다.

또한, 트랜스(21)의 1차 권선(22)의 센터 탭에 직사각형파 펄스가 출력되어 있는 상태에서, CPU(2)로부터 FET(9)에 +측 PDM 신호가 공급되면, 온 펄스가 출력되는 기간 중에 FET(9)가 턴 온하고, 1차 권선(22)의 일단측(도트측)이 접지되어, 2차 권선(23)의 일단측(도트측)에 전압이 유기된다. 또한 마찬가지로 트랜스(21)의 1차 권선(22)의 센터 탭에 직사각형파 펄스가 출력되고 있는 상태에서, CPU(2)로부터 FET(10)에 측 PDM 신호가 공급되면, 온 펄스가 출력되는 기간 중에 FET(10)가 턴 온하고, 1차 권선의 타단측(비도트 측)에 전압이 유기된다. 따라서, 도 2에도 도시하는 바와 같이, 직사각형파 펄스가 출력되는 기간 중에, FET(9)의 게이트에 온 펄스를 공급하면, 양극성의 자극신호가 펄스상에 출력되고, 직사각형파 펄스가 출력되는 기간 중에, FET(10)의 게이트에 온 펄스를 공급하면, 음극성의 자극신호가 펄스상에 출력된다.

이와 같이 하여 출력 단자(24) 사이에는, 상기 진폭 A1에 비례한 전압 레벨에서, 가변 출력신호의 직사각형파 펄스를 FET(9, 10)에 의하여 펄스 밀도 변조한 자극신호가 반복하여 발생한다. 이 자극 신호는 주기(T)마다 발생하는 시간폭(t1)의 직사각형파 펄스군(S)에 의하여 구성되지만, 이 직사각형파 펄스군(S)은 양과 음으로 교호적으로 나타나고, 직사각형파 펄스군(S)이 상승구간의 시작으로부터 이 직사각형파 펄스군(S)의 시간 폭(t1)의 반이 경과할 때까지는, 개개의 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2)이 서서히 좁아져 펄스 밀도가 높아지고, 그 후 직사각형파 펄스군(S)의 하강구간에 접근함에 따라, 개개의 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2)이 서서히 넓어져 펄스 밀도가 저하되도록 출력된다. 또한, 자극 신호가 출력되는 동안 CPU(2)에 내장된 타이머(미도시)가 시간을 계측하고, 그 결과를 세그먼트 LED(7)에 표시한다.

이와 같은 자극 신호를 발생한 때의 파형을, 도 3 및 도 5에 나타낸다. 이 때의 샘플 파형으로서의 자극신호는 직사각형파 펄스군이 반복 주파수가 2.74kHz(반복 주기 To=365μsec)이고, 그 중에는 PDM 변조에 의하여 각각 2μsec의 일정 시간 폭을 가지는 고주파 신호 성분의 온 펄스가 2∼15μsec의 범위의 시간 간격으로 포함되어 있다. 도 3은, 참고적으로 출력 단자(24) 사이에 500Ω의 더미-저항을 부하로서 접속한 때의 파형이다. 또한 도 4는, 도 3에서의 파형의 시간 축을 확대한 것이다. 이 도 3과 도 4의 경우는, 도 2에 나타내는 자극 신호와 거의 동일한 파형이 더미-저항 양단 간에 발생한다. 이와 비교하여, 도 5는 출력 단자(24)를 인체의 허리에 대고 통전하였을 때의 출력 단자(24) 사이의 전압 파형이다. 이 경우는 인체가 마치 콘덴서와 같은 용량체로서 작용하기 때문에, 출력 단자(24) 사이에 가해지는 양(+)의 고주파 성분의 온 펄스 간의 오프 시간 간격(t2)이 서서히 좁아지면 용량체로서 인체에 충전되는 전하량의 변화가 서서히 많아지고, 그 결과 출력 단자(24)의 전압 파형의 변화가 급격하게 되어, 마이너스로부터 플러스로 바뀐다. 그 후, 출력 단자(24) 사이에 가해지는 양(+)의 고주파 성분의 온 펄스 간의 오프 시간 간격(t2)이 서서히 넓어지면, 인체에 충전되는 전하량의 변화가 서서히 감소하고, 출력 단자(24)의 전압 파형의 증가가 플러스측의 피크에서 서서히 완만해진다. 이후, 마찬가지로 오프시간 간격(t2)이 점차 증가로부터 점차 감소하는 음(-) 의 고주파 성분의 온 펄스가 출력 단자(24) 사이에 가해지면, 인체에 충전되는 전하량의 변화가 점차 급하게 된 후 완만해지고, 출력 단자(24)의 전압 파형은 플러스에서 마이너스로 바뀌며, 마이너스측의 피크에서 서서히 완만해진다. 이러한 인체의 충방전 전압의 변화가 도 5에 나타내는 정현파상의 저주파가 되어 형성됨과 동시에, 양과 음의 고주파 신호성분의 온 펄스가 이 정현파상의 저주파에 실린 파형으로서 형성된다.

즉, 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2)이 넓은 부분, 즉 온 펄스 주파수가 낮은 부분에서는, 인체의 등가 정전용량에 대한 충방전량이 적고, 출력 단자(24) 사이의 전압 파형의 변화도 완만하지만, 온 펄스가 좁은 부분, 즉 온 펄스 주파수가 높은 부분에서는 인체의 등가 정전용량에 대한 충방전량이 많아져 출력 단자(24) 사이의 전압 파형의 변화가 급격하게 된다. 그 결과, 자극 신호는 정현파에 근사한 저주파 신호의 변조를 받아, 이 저주파 신호 상에 고주파 직사각형파 신호가 실린 파형이 형성된다. 이 정현파상으로 변형된 저주파 신호에 의하여 동일한 전류 및 주파수를 가지는 직사각형파에 비하여 매우 부드러운 자극감을 얻을 수 있다. 그 밖에도 자극신호에는 FET(9, 10)의 스위칭에 의하여 얻어진 고주파 직사각형파 신호가 실려 있기 때문에, 그 성분의 치료 효과를 기대할 수 있다.

또한 개개의 온 펄스의 시간 폭은 일정하고, 온 펄스간의 휴지기간(오프 시간 간격(t2))이 자극 발생 수단(8)에 의하여 변화하기 때문에, 종래와 같은 PWM 변조에 의한 폭이 넓은 온 펄스가 존재하지 않는다. 이 때문에, 인체의 등가 정전 용량에 대하여 충전 전류가 조밀한 간격으로 공급되어, 그 충전량(통전량)이 완만하 게 상승한다. 따라서, 고주파의 온 펄스 성분에 있어서도, 체감적으로 보다 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

또한, 인체에 통전한 때의 파형을, 도 5에 도시하는 바와 같이 약 정현파의 저주파 성분으로 하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 복수의 온 펄스로 이루어지는 전체적으로 시간 폭(t1)의 각 직사각형파 펄스군(S)이 양과 음으로 교호적으로 나타나고, 또한 직사각형파 펄스군(S)이 상승구간의 시작으로부터 이 직사각형파 펄스군(S)의 시간 폭(t1)의 반이 경과할 때까지는 개개의 온 펄스의 펄스밀도가 0°<θ<90°사이의 정현파 진폭치의 증가에 근사한 값으로 점차 높아지고, 즉 개개의 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2)이 상기 펄스 밀도의 역수에 가까운 값으로 서서히 좁아지고, 그 후, 직사각형파 펄스군(S)의 하강구간에 근접함에 따라, 개개의 온 펄스 밀도가 상기 수치가 높아지는 패턴의 반대 패턴으로 저하되는, 즉 오프 시간 간격(t2)이 상기 밀도의 역수로 서서히 넓어지는 자극 신호를 출력하도록 자극 발생 수단(8)을 구성하는 것이 바람직하다. 단, 그 이외에 상기 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2)을 랜덤하게 가변 가능한 시간 간격 가변수단을, 예를 들면 CPU(2)의 제어 시퀀스에 부가하면, 정현파뿐만 아니라 예를 들어, 3각파나 각종 변형파 등도 인체에 가할 수 있어, 정현파와는 다른 독특한 자극감을 얻을 수 있다.

그런데, 상기 일정 자극 신호를 인체에 반복하여 가하면, 인체가 그 자극 신호에 익숙해져, 통증의 제거나 완화 효과가 점차 저하된다고 하는 결점이 있다. 이에, 본 실시예에서는 CPU(2)의 제어 시퀀스로서, 이 CPU(2)로부터 출력 가변 회로(11)에 자극 휴지기간 설정신호가 출력되는 동안에는, 일시적으로 자극신호의 출력을 정지하여 자극 휴지기간을 두거나, 혹은 CPU(2)로부터 출력 가변 회로(11)에 강한 자극 지령신호가 출력되면, 도 2의 그래프 우측에 도시하는 바와 같이, 사전에 설정한 진폭(A1)보다 큰 진폭(A2)의 직사각형파 펄스가 출력 가변 회로(11)로부터 자극 발생 수단(8)에 일시적으로 출력되어, 지금까지 보다 큰 직사각형파 펄스군(S’)을 가지는 강한 자극 신호를 인체에 가함으로써, 이러한 결점을 제거하도록 하고 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이 펄스 밀도 변조된 직사각형파 펄스군을 얻는 수단은 도 1에 도시하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 6에 도시하는 바와 같이, 펄스 밀도가 다른 복수의 온 펄스로 이루어지는 정해진 시간 폭의 직사각형파 펄스군을 일정 시간마다 송출하는 자극 생성수단(31)과, 상기 자극 생성수단(31)으로부터 일정 시간의 직사각형파 펄스군이 출력될 때마다, 그 직사각형파 펄스군을 양과 음으로 교호적으로 반전 출력하는 신호 반전 수단(32)과, 이 신호 반전 수단(32)으로부터의 출력신호를 자극 신호로 하여 증폭 출력하는 자극 발생 수단(33)을 구비한 것이어도 좋다. 이와 같이 하면 일정한 시간 폭(t1)을 가지는 직사각형파 펄스를 특별히 생성하지 않아도 도 2에 도시하는 것과 마찬가지로, 직사각형파 펄스군(S)이 양과 음으로 교호적으로 나타나고, 또한 직사각형파 펄스군(S)이 상승구간의 시작으로부터 이 직사각형파 펄스군(S)의 시간폭(t1)의 반이 경과할 때까지는, 개개의 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2)이 서서히 좁아져 펄스 밀도가 높아지고, 그 후 직사각형파 펄스군(S)의 하강구간에 접근함에 따라, 개개의 온 펄스 간의 오프 시간 간격(t2)이 서서히 넓어져 펄스 밀도가 저하되는 자극 신호를 생체에 가할 수 있다. 이 경우에도 자극 생성 수단(31)으로 직사각형파 펄스군(S)의 휴지기간이나 진폭을 임의로 가변할 수 있도록 하여도 된다. 또한, 자극 생성 수단(31)이 양과 음으로 교호적으로 직사각형파 펄스군(S)을 생성할 수 있으면, 신호 반전수단(32)은 불필요하게 된다.

이상과 같이 상기 실시예에서는, 생체인 인체에 도자인 출력 단자(24)를 대고 이 출력 단자(24)로부터 인체에 전류를 흘려 보내어 자극을 주는 생체 자극 장치에 있어서, 직사각형파 펄스군(S)의 반복을 자극 신호로 하여 출력 단자(24)에 출력하는 자극 발생 수단(8)을 구비하고, 이 자극 발생 수단(8)은 상기 직사각형파 펄스군(S)의 출력기간(tl) 중에 이 직사각형파 펄스군(S)을 구성하는 복수의 온 펄스의 밀도를 가변한 자극 신호를 출력하도록 구성하고 있다.

이 경우, 복수의 온 펄스를 포함한 직사각형파 펄스군(S)의 반복을 자극신호로서 출력단자(24) 간에 출력하면, 인체는 마치 콘덴서와 같은 특성을 가지고 있기 때문에, 높은 주파수의 신호성분인 온 펄스에 의하여 그 임피던스가 낮아지고, 인체의 내부에서 직사각형파 펄스군(S) 전체의 파형이 변형되어, 전체적으로 저주파의 변형파 파형이 된다. 그 때문에, 동일한 전류 및 주파수를 가지는 직사각형파보다 부드러운 자극감이 된다. 그 밖에도 각 직사각형파 펄스군 S에는 직사각형파 펄스보다 높은 주파수의 신호 성분(온 펄스)을 복수 포함하고 있기 때문에, 이 신호 성분에 의한 폭넓은 치료, 시술효과도 기대할 수 있다.

또한, 직사각형파 펄스군(S)을 구성하는 복수의 온 펄스의 밀도를, 자극 발생 수단(8)이 임의로 가변시키기 때문에, 온 펄스 밀도의 고저에 따라 생체 내의 저주파 파형을 바람직한 상태로 변형할 수 있다. 그 밖에도, 각 직사각형파 펄스군(S)의 출력기간 중에 있어서, 개개의 온 펄스의 시간 폭은 일정하고, 온 펄스간의 휴지기간(오프 시간 간격(t2))이 자극 발생 수단(8)에 의하여 변화하기 때문에, 폭이 넓은 온 펄스가 존재하지 않게 되는 분만큼, 인체의 등가 정전용량에 대한 충전 전류가 촘촘하게 공급되어 충전량이 완만하게 상승하고, 체감적으로 보다 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

또한 본 실시예에서의 자극 발생 수단(8)은 전체적으로 소정의 시간 폭(tl)을 가지는 직사각형파 펄스군(S)이 양과 음으로 교호적으로 나타나, 직사각형파 펄스군(S)의 상승구간의 시작으로부터 상기 소정의 시간 폭(t1)의 반이 경과할 때까지는 온 펄스의 밀도가 서서히 높아지고, 그 후 이 직사각형파 펄스군(S)의 하강구간에 접근함에 따라, 온 펄스의 밀도가 서서히 낮아지도록, 복수의 온 펄스의 밀도를 가변한 자극신호를 출력하고 있다.

이와 같은 자극 신호를 자극 발생 수단(8)이 출력하면, 각 직사각형파 펄스군(S)의 파형이 변형되고, 자극신호는 저주파의 정현파에 근사한 신호에 고주파의 온 펄스가 중첩된 파형이 된다. 따라서, 동일한 전류 및 주파수를 가지는 직사각형파에 비해 상당히 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

또한 본 실시예에서는, 직사각형파 펄스군(S)의 시간폭(t1)이 온 펄스의 시간폭의 100배 이상이 되는 자극 신호를 출력하도록 자극 발생 수단(8)을 구성하고 있다

이와 같이 하면, 인체에 가해지는 개개의 온 펄스가 이 온 펄스의 일군으로 이루어지는 직사각형파 펄스군(S)보다 2자리수 이상 짧은 시간 폭을 가지고 출력되기 때문에, 낮은 주파수의 신호 성분이 발생하는 기간 중에 고주파수의 신호 성분을 극히 유효하게 인체에 가할 수 있다.

또한 본 실시예의 특히 도 1에 나타내는 자극 발생 수단(8)은 상기 직사각형파 펄스를 온, 오프시켜, 직사각형파 펄스보다 고주파수의 성분을 복수 포함하는 직사각형파 펄스군(S)을 생성하는 스위치 수단으로서의 FET(9, 10)와 이 FET(9, 10)를 스위칭하는 PDM 디지털 신호 (+측 PDM 신호 및 -측 PDM 신호)를 FET(9, 10)의 게이트에 공급하는 펄스 밀도 제어 수단으로서의 CPU(2)를 구비하고 있다.

이와 같이 하면, 자극 신호의 각 직사각형파 펄스군(S)을 변형하기 위해서, 스위치 수단인 FET(9, 11)에 대하여 온 또는 오프의 PDM 디지털 신호를 공급하는 것만으로 족하고, 종래와 같은 정현파상의 파형을 얻기 위한 아날로그 회로(종래 예의 D/A회로(102)나 앰프 회로(103))는 불필요하게 된다. 따라서 종래 정현파를 출력하는 회로에서는 트랜지스터나 저항, 콘덴서 등의 부품이 십수개 필요하였으나, 본 실시예에서는 이것을 대신하여 한 쌍의 FET(9, 10)만 있으면 되고, 자극 신호의 출력회로인 자극 발생 수단(8)의 구성을 간단히 할 수 있다. 또한 스위치 수단에 의한 펄스 밀도 변조는, 예를 들면, 브러쉬없는 DC 서보 모터의 전류 제어로 실증되는 바와 같이, 전력 효율도 대단히 높다.

기타, 본 실시예의 CPU(2)는 상기 직사각형파 펄스를 사전에 설정한 진폭 (A1)보다 큰 진폭(A2)의 상기 직사각형파 펄스를 자극 발생 수단(8)에 일시적으로 출력시키는 강한 자극 지령 수단을 채용할 수 있고, 이 강한 자극 지령 수단에 의하여 지금까지 보다 큰 직사각형파 펄스군(S')을 가지는 강한 자극신호를 인체에 가함으로써, 인체가 자극 신호에 익숙해져 둔감해지는 것을 방지할 수 있다. 또한 본 실시예의 CPU(2)는 기타 직사각형파 펄스 나아가서는 자극 신호의 출력을 일시적으로 정지시키는 자극 휴지 지령 수단을 구비하며, 이 점에서도 인체가 자극 신호에 익숙해져 둔감해지는 것을 방지할 수 있다. 특히, 상기 직사각형파 펄스의 진폭(A2)이나, 자극신호의 휴지기간을 서로 랜덤하게 가변시킬 수 있도록 구성하면, 자극신호에 인체가 익숙해져 둔감해지는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 이러한 강한 자극 지령 수단이나 자극 휴지 지령 수단, 또한 상기 펄스 밀도 제어수단은 어느 것이나 공통 제어 수단인 CPU(2)의 제어 시퀀스에 의하여 구성되므로, 회로 구성이 복잡화되지 않는 이점도 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러가지 변형 실시가 가능하다. 본 발명에서의 직사각형파 펄스군(S)의 반복 주파수나, 개개의 직사각형파 온 펄스군 S에 있어서의 시간 폭(t1)이나, 펄스 밀도 즉, 각각의 온 펄스간의 오프 시간 간격(t2) 등은, 필요에 따라 비교적 자유롭게 변경이 가능하다.

본 발명의 청구항1의 생체 자극 장치는 생체에 도자를 대고, 이 도자로부터 생체에 전류를 흘려 보내어 자극을 주는 생체 자극 장치에 있어서, 직사각형파 펄스군의 반복을 자극 신호로 하여 상기 도자에 출력하는 자극 발생 수단을 구비하고, 상기 자극 발생 수단은, 상기 직사각형파 펄스군의 출력기간 중에, 이 직사각형파 펄스군을 구성하는 복수의 온 펄스의 밀도를 가변한 상기 자극 신호를 출력하 는 것을 특징으로 하며, 이 경우는 폭넓은 치료, 시술효과를 얻을 수 있는 동시에, 보다 부드러운 자극감을 얻을 수 있다.

본 발명의 청구항2의 생체 자극 장치는, 전체적으로 소정의 시간 폭을 가지는 상기 직사각형파 펄스군이 양과 음으로 교호적으로 나타나고, 직사각형파 펄스군의 상승구간의 시작으로부터 상기 소정의 시간 폭의 반이 경과할 때까지는, 상기 온 펄스의 밀도가 서서히 높아지고, 그 후 이 직사각형파 펄스군의 하강구간에 접근함에 따라, 상기 온 펄스의 밀도가 서서히 낮아지도록, 상기 복수의 온 펄스의 밀도를 가변한 상기 자극신호를 출력하는 상기 자극 발생 수단을 구비하여 구성되며, 이 경우의 자극신호는 저주파의 정현파에 근사한 신호에 고주파의 온 펄스가 중첩된 파형이 되기 때문에 매우 부드러운 자극감을 얻을 수 있다

본 발명의 청구항3의 생체 자극 장치는, 상기 직사각형파 펄스군의 시간폭이 상기 온 펄스의 시간 폭의 100배 이상이 되는 상기 자극 신호를 출력하도록, 상기 자극 발생 수단을 구성하고 있고, 낮은 주파수의 신호 성분이 발생하는 기간 중에, 고주파수의 신호 성분을 매우 유효하게 생체에 가할 수 있다.

Claims

생체에 도자를 대고, 이 도자로부터 생체에 전류를 흘려 보내어 자극을 주는 생체 자극 장치에 있어서,

직사각형파 펄스군의 반복을 자극 신호로 하여 상기 도자에 출력하는 자극 발생 수단을 구비하고, 상기 자극 발생 수단은 주기마다 발생하는 시간 폭에 있어서, 복수의 온 펄스로 이루어지는 정(+)의 직사각형파 펄스군과 복수의 온 펄스로 이루어지는 부(-)의 직사각형파 펄스군이 교호적으로 나타나도록 하고, 직사각형파 펄스군의 상승구간의 시작으로부터 상기 소정의 시간 폭의 반이 경과할 때까지는 상기 온 펄스의 밀도가 0°< θ < 90°사이의 정현파 진폭치의 증가에 근사한 값으로 서서히 높아지고, 그 후 이 직사각형파 펄스군의 하강구간에 접근함에 따라서, 상기 온 펄스의 밀도가 상기 값이 높아지는 패턴의 반대 패턴으로 서서히 낮아지도록 각각의 직사각형파 펄스군에서의 개개의 온 펄스의 시간 폭을 일정하게 하고, 온 펄스 사이의 휴지기간을 변화시켜 상기 직사각형파 펄스군의 출력기간 중에 이 직사각형파 펄스군을 구성하는 복수의 온 펄스의 밀도를 가변한 상기 자극신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 생체 자극 장치.
제1항에 있어서,

상기 직사각형파 펄스군의 시간 폭이 상기 온 펄스의 시간 폭의 100배 이상이 되는 상기 자극신호를 출력하도록 상기 자극 발생 수단을 구성한 것을 특징으로 하는 생체 자극 장치.
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