WO2009087856A1

WO2009087856A1 - 治療器

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Publication number: WO2009087856A1
Application number: PCT/JP2008/072648
Authority: WO
Inventors: Yasuo Fujita; Rika Asai; Koji Kurase; Yasutaka Murase
Original assignee: Omron Healthcare Co., Ltd.
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2009-07-16
Also published as: CN101909689A; JP2009160328A; CN101909689B

Abstract

　デジタル信号発生回路２５１のメモリに、変調波の波形を定義する波形データが格納されている。デジタル信号発生回路２５１は、選ばれた波形データに従ってデジタル信号を出力する。ＤＡ変換回路２５２は、デジタル信号をアナログ変換し、変調波の源波形を出力する。源波形は増幅回路２５５によって増幅され、変調波の治療波形が出力される。

Description

治療器

　本発明は、治療電流として変調波を出力可能な治療器に関する。

　電極パッドを介して身体に治療電流を流すことで、マッサージのような効果を奏する治療器が知られている。この種の治療器では、通常、治療電流として矩形パルス波が用いられ、その波高値・パルス幅・休止幅などを制御することで所望の体感が作り出されている。また、治療電流として振幅変調波を用いるタイプの治療器も提案されている（特許文献１参照）。パルス波は主に筋肉に刺激を与えるのに対して、変調波は筋肉より奥の組織（神経、関節など）にも刺激を及ぼす点で、両者の治療効果には違いがある。

　従来の治療器では、図９に示すように、アナログ回路によって変調波の生成が行われている。すなわち、２つの発振回路Ａ，Ｂから周波数が僅かに異なる２つの正弦波Ａ，Ｂを得て、それらをミキサで合成し、周波数差（１２２Ｈｚ＝２５２２Ｈｚ－２４００Ｈｚ）に応じた「うなり」を生じさせることにより、振幅変調波を生成しているのである。しかしながら、この従来構成には次のような問題がある。

　（１）うなりを利用しているので一種類の波形しか作り出すことができない。また、変調波や搬送波の周波数を変化させたり、最大振幅を動的に変化させたりすることもできない。それゆえ、従来の治療器では単調な体感しか得ることができなかった。発振回路のペアを複数用意することで、複数種類の変調波形を得ることも可能ではあるが、そうすると回路基板の大型化やコスト増を招き、好ましくない。

　（２）きれいな（歪みのない）合成波形を得るために、２つの正弦波の振幅を一致させる振幅調整回路が必要になる。また、アナログ回路ゆえ、環境変動に対する安定性を確保すべく、温度補償回路や電圧補償回路などを設ける必要がある。したがって、回路構成が複雑になり、回路基板の大型化やコスト増を招いている。

　（３）さらに、製造時には、２つの発振回路の発振周波数を調整するための調整作業が必要となる。この調整作業は、オシロスコープで波形を確認しながら手作業で行わねばならず、非常に煩雑であるとともに、リードタイムやコストの増大を招いていた。
特表２００３－５３２４５３号公報（ＷＯ０１／０５１１２２）

　本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シンプルな回路構成で、安定した変調波を出力可能な技術を提供することにある。

　本発明の他の目的は、シンプルな回路構成で、さまざまな波形の変調波を出力可能な技術を提供することにある。

　上記目的を達成するために本発明の治療器は、以下の構成を採用する。

　本発明に係る治療器は、治療電流として変調波を出力可能な治療器であって、前記変調波の波形を定義する波形データを記憶している記憶手段と、前記波形データに従ってデジタル信号を出力するデジタル信号発生手段と、前記デジタル信号をアナログ変換して源波形を出力する変換手段と、前記源波形を増幅して治療電流を出力する増幅手段と、を備える。

　ここで、前記波形データは、所定時間ごとの振幅値が記述されたデータであり、前記デジタル信号発生手段は、前記波形データに従って前記源波形の振幅値を表すデジタル信号を出力することが好ましい。

　このような回路は、たとえば、集積回路、ＤＡ変換回路、増幅回路などを用いて構成可能である。よって、従来のアナログ回路を用いた治療器に比べて回路構成が極めてシンプルになり、装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。

　また、変調波の波形生成がデジタル信号処理によって実現されているため、安定した波形生成が可能となる。また、従来の治療器で必要とされていた、環境変動に対する補償回路や、製造時の調整作業などが不要になるという利点もある。

　また、波形データの定義しだいで任意の波形を作り出すことができるので、従来の治療器では出力できなかった、さまざまな波形の変調波（治療電流）を生成し出力できるようになる。たとえば、振幅もしくは周波数、またはその両方（振幅＋周波数）が変調された波形を有する変調波を生成することができる。さらに複雑な波形として、非一定の周期で振幅が変化する波形を有する変調波であるとか、一定または非一定の周期で振幅が変化し、かつ、周期毎に振幅の最大値が変化する波形を有する変調波などを生成することも可能である。

　また、本発明の治療器が、パルス波を生成し出力するパルス波生成手段をさらに備え、治療電流として変調波とパルス波を選択的に出力可能であることが好ましい。パルス波と変調波では治療効果に差があることから、２タイプの治療電流を選択可能とすることで、治療器の利便性と利用価値の向上を図ることができる。

　なお、パルス波生成用の回路と変調波生成用の回路とを別の構成にしてもよいが、共通の回路構成で変調波とパルス波の２タイプの波形を発生させることも可能である。具体的には、前記記憶手段が、パルス波の波形を定義する波形データも記憶しており、前記デジタル信号発生手段が、前記パルス波の波形データに従ってデジタル信号を出力することにより、治療電流としてパルス波も出力可能である構成を好ましく採用できる。このようにパルス波と変調波の回路構成を共通にすることで、さらなる小型化およびコストダウンを図ることができる。

　前記記憶手段に記憶された波形データの書き換えが可能であることが好ましい。これにより治療器の拡張性や柔軟性が向上する。

　前記変換手段と前記増幅手段の間にアンチエイリアシングフィルタを備えることが好ましい。アンチエイリアシングフィルタにより波形を滑らかにすることにより、体感の向上を図ることができる。

　前記変換手段は、抵抗ラダー回路であることが好ましい。これにより高速なＤＡ変換回路を安価に実現できる。

　なお、上記構成の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

　本発明の治療器は、シンプルな回路構成で、安定して、さまざまな波形の変調波を出力可能である。

図１は、治療器の外観を示す図である。図２は、治療器の構成を模式的に示すブロック図である。図３Ａは、波形データの一例を示す図であり、図３Ｂは、波形データとデジタル信号発生回路の端子出力との対応関係を示すテーブルである。図４は、抵抗ラダー回路の構成を示す図である。図５は、変調波の生成・出力処理の流れを示す図である。図６Ａは、振幅変調波形の例を示す図であり、図６Ｂは、周波数変調波形の例を示す図であり、図６Ｃは、振幅・周波数変調波形の例を示す図である。図７Ａは、非一定の周期で振幅が変化する波形の例を示す図であり、図７Ｂは、一定の周期で振幅が変化し、かつ、周期毎に振幅の最大値が変化する波形の例を　　示す図であり、図７Ｃは、非一定の周期で振幅が変化し、かつ、周期毎に振幅の最大値が変化する波形の例を示す図である。図８は、変形例１に係る治療器の構成を模式的に示すブロック図である。図９は、変調波を生成するための従来の回路構成を示す図である。

　以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ここでは、低周波の治療電流を用いる治療器（低周波治療器）を例示する。

　＜治療器の構成＞
　図１、図２を参照して、本発明の実施形態に係る治療器について説明する。図１は治療器の外観を示す図であり、図２は治療器のハードウエア構成を模式的に示すブロック図である。

　治療器１００は、概略、治療器本体２００と、治療部位に貼り付けるための一対のパッド３００と、治療器本体２００とパッド３００とを電気的に接続するためのコード４００とから構成される。

　パッド３００は、薄くかつ柔軟性の高い部材により構成されている。パッド３００の一方の面（身体との接触面）には、電極３０１が形成されている。パッド３００の電極側の表面は粘着性を有するゲル状材料によって被覆されている。

　パッド３００の他方の面には、電極３０１に対応したスナップ３０２が設けられている。コード４００のスナップ４０２をパッド３００側のスナップ３０２に留め、コード４００のプラグ４０１を治療器本体２００のジャックに差し込むことで、治療器本体２００とパッド３００（電極３０１）との接続がはかられる。

　図２に示すように、治療器本体２００には、概略、操作部２１０、表示部２２０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３０、電源部２４０、変調波生成・出力部２５０が設けられている。

　（操作部）
　操作部２１０には、電源のオン／オフを切り替えるための電源スイッチ、強さの調整を行うための強さ調整ダイヤル、治療モード（波形）の選択を行うための機能スイッチなどが設けられている。ユーザによってスイッチやダイヤルが操作されると、その信号がＣＰＵ２３０に入力される。

　（表示部）
　表示部２２０は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、バックライト、ブザーなどで構成される。表示部２２０はＣＰＵ２３０によって制御され、現在の動作状態、操作のナビゲート、警告などを出力する。

　（電源部）
　電源部２４０は、電源回路、電源状態監視回路などで構成される。電源としてはＡＣアダプタまたは電池が用いられる。電源回路は、ＡＣアダプタまたは電池の供給電圧からＤＣ３．３Ｖ電圧を生成する回路である。電源回路からのＤＣ出力はＣＰＵ２３０に供給される。電源状態監視回路は、電源回路からの出力電圧が所定の許容電圧を下回った場合にＣＰＵ２３０（治療器本体２００）を停止させる回路である。

　（変調波生成・出力部）
　変調波生成・出力部２５０（変調波生成手段）は、変調波の治療電流を生成し出力するための機能ブロックである。変調波生成・出力部２５０は、デジタル信号発生回路２５１、ＤＡ変換回路２５２、フィルタ２５３、強さ調整回路２５４、増幅回路２５５などで構成される。

　デジタル信号発生回路２５１は、治療電流の波形を定義する波形データを記憶する機能（記憶手段）と、その波形データに従ってデジタル信号を出力する機能（デジタル信号発生手段）とを備える回路である。デジタル信号発生回路２５１は、複数種類の波形データを記憶しており、治療モードに応じて出力波形を変えることができる。

　本実施形態のデジタル信号発生回路２５１はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成されており、波形データはＦＰＧＡの内蔵メモリに格納されている。なお、ＦＰＧＡに限らず、マイクロプロセッサ、組み込みＣＰＵ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイコンなど、他の集積回路を用いてデジタル信号発生回路を構成してもよい。またＦＰＧＡの内蔵メモリは容量が小さいため、外部メモリに波形データを格納するようにしてもよい。

　図３Ａは、波形データの一例を示している。波形データは、所定時間ごとの振幅値が時間順に記述された形式のデジタルデータである。図３Ａの例では、０．１ｍｓｅｃごとの振幅値が０～１０の１１段階の値で表されている。１つの振幅値に４ビットを割り当てた場合、０．０１ｓｅｃの波形を定義するのに５０バイトのデータサイズが必要となる。なお、上記所定時間（波形のサンプリング間隔）が短いほど、また振幅値の範囲（波形の分解能）が大きいほど、高精細な波形生成が可能になる。

　図３Ｂは、波形データの振幅値とデジタル信号発生回路の端子出力との対応関係を示すテーブルである。デジタル信号発生回路２５１は、＃１～＃１０の１０個の端子を有しており、波形データの振幅値に応じて各端子の出力値（０／１）を切り替える。具体的には、振幅値が０のときは全端子の出力を「０」にし、振幅値がｎ（０＜ｎ≦１０）のときは＃１～＃ｎのｎ個の端子の出力を「１」（残りの端子は「０」）にする。図３Ａ、図３Ｂの例では、振幅値が４，６，３，・・・であるため、最初の０．１ｍｓｅｃは＃１～＃４の端子出力が「１」になり、次の０．１ｍｓｅｃは＃１～＃６の端子出力が「１」になり、次の０．１ｍｓｅｃは＃１～＃３の端子出力が「１」になる。これにより、治療電流の源波形に対応するデジタル信号が生成し出力される。なお、図３Ｂの破線は源波形を模式的に表現したものである。

　ＤＡ変換回路２５２は、デジタル信号発生回路２５１から出力されたデジタル信号をアナログ変換して源波形を出力する機能（変換手段）をもつ回路である。本実施形態では、図４に示すように、抵抗ラダー回路を用いている。これにより、高速なＤＡ変換回路を安価に実現できる。

　フィルタ２５３は、源波形のアンチエイリアシングを行うためのフィルタであり、典型的にはローパスフィルタが用いられる。強さ調整回路２５４は、操作部２１０の強さ調整ダイヤルで指定された「強さ」に応じて、源波形の振幅をスケーリングするための電子ボリウムである。なお、フィルタ２５３と強さ調整回路２５４の順番は逆でもよい。

　増幅回路２５５は、源波形を増幅して治療電流を出力する機能（増幅手段）をもつ回路である。具体的には、アンプとトランスにより増幅回路２５５が構成される。この増幅回路２５５において、ｍＶオーダの源波形が数Ｖ～数十Ｖオーダの波形へと増幅される。

　＜変調波の生成・出力処理＞
　図５を参照して、治療器の動作（特に変調波の生成・出力処理）を詳しく説明する。

　ユーザは、操作部２１０の機能スイッチを用いて、治療モードを選択することができる。治療モードとしては、「もみ」「たたき」「押し」「さすり」といった治療方法や、「肩」「腰」「関節」「足裏」といった治療部位などを指定可能である。また、ユーザは、操作部２１０の強さ調整ダイヤルを用いて、治療電流の強さを調整することができる。

　ユーザにより治療モードが指定されると、その治療モードがＣＰＵ２３０を介してデジタル信号発生回路２５１に通知される。デジタル信号発生回路２５１は、指定された治療モードに対応する波形データを読み込み、順次、デジタル信号を生成し出力する。このデジタル信号はＤＡ変換回路２５２によりアナログ信号に変換され、治療電流の源波形が生成される。

　図５に示すように、ＤＡ変換後の源波形は振幅が階段状に（不連続に；離散的に）変化している。このような波形の電流を身体に流すと、ピリピリした痛みを生じることがある。そこで本実施形態では、アンチエイリアシングフィルタ２５３を通して波形を滑らかにすることで、痛みの低減並びに体感の向上を図っている。ただし、デジタル信号発生回路２５１およびＤＡ変換回路２５２の分解能が十分に高く、滑らかな源波形を生成できるのであれば、フィルタ２５３は不要になる。

　強さ調整ダイヤルにて指定された「強さ」（０～ＭＡＸ）は、ＣＰＵ２３０を介して強さ調整回路２５４に通知される。強さ調整回路２５４は、その強さ指定値に応じて、源波形の振幅をスケーリングする。本実施形態では、「強さ＝ＭＡＸ」に対応する振幅レベルの源波形がＤＡ変換回路２５２から出力されるように、波形データが設計されている。よって強さ調整回路２５４は、「強さ＝ＭＡＸ」の場合は源波形をスルーし、「強さ＜ＭＡＸ」の場合には源波形の振幅レベルを縮小する。なお、デジタル信号発生回路２５１およびＤＡ変換回路２５２の分解能が十分に高く、かつ、強さの各段階に対応する源波形を生成できるのであれば、強さ調整回路２５４は不要になる。

　増幅回路２５５は、ｍＶオーダの源波形を増幅・昇圧し、数Ｖ～数十Ｖオーダの変調波を生成する。この変調波がパッド３００に印加されると、高電位側のパッドから身体を介して低電位側のパッドへと治療電流が流れる。この電流によって筋肉や神経などの体組織が電気的刺激を受け、マッサージと同じような治療効果（凝りや痛みの緩和）を得ることができる。

　＜変調波の例＞
　本実施形態の治療器は、波形データの定義しだいで任意の波形を作り出すことができる。たとえば、図６Ａに示すように、振幅のみが変調された振幅変調波形を作り出すこともできるし、図６Ｂに示すように、周波数のみが変調された周波数変調波形を作り出すこともできるし、図６Ｃに示すように、振幅と周波数の両方が変調された波形を作り出すこともできる。さらに複雑な波形として、図７Ａに示すように、非一定の周期で振幅が変化する波形（つまり、変調波周波数が変化する波形）を作り出したり、図７Ｂに示すように、一定の周期で振幅が変化し、かつ、周期毎に振幅の最大値が変化する波形を作り出したり、図７Ｃに示すように、非一定の周期で振幅が変化し、かつ、周期毎に振幅の最大値が変化する波形を作り出すことも可能である。

　振幅の大小は刺激の強弱に対応するので、図６Ａのように振幅を周期的に変化させることで、「もみ」や「たたき」などのマッサージに似た体感を作り出すことができる。そして、図７Ａのように振幅変化の周期を変えることで、マッサージの速度を「遅い→速い→遅い→速い→・・・」のように動的に変化させたり、図７Ｂのように振幅の最大値を変えることで、マッサージの強さを「強→中→弱→強→・・・」のように動的に変化させることができる。

　また、搬送波周波数が高いほど、身体のより深くに治療電流が到達する。よって、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ａ、図７Ｃのように搬送波周波数を変化させることで、身体の内部方向への刺激の動きを作り出すことができる。

　＜治療器の利点＞
　本実施形態の治療器は、以下の優れた利点を有する。

　本実施形態の治療器では、変調波の生成回路がＦＰＧＡとＤＡ変換回路で構成されているので、従来のアナログ回路を用いた治療器に比べて回路構成が極めてシンプルである。また、デジタル信号処理を利用しているので、安定した波形生成が可能である。しかも、従来の治療器で必要とされていた、環境変動に対する補償回路や、製造時の調整作業などが不要になる。したがって、従来の治療器に比べて、装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。

　また、本実施形態の治療器は、さまざまな波形の治療電流を生成することができるとともに、速度、強さ、治療部位の深さなど、治療電流の刺激に動的な変化やリズムをもたせることもできる。よって、従来の治療器では作り出せなかった、まったく新しい体感や治療効果を生み出すことができる。

　＜変形例＞
　なお、上記実施形態は本発明の一具体例を示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。以下、好ましい変形例を述べる。

　（変形例１）
　図８は、変形例１に係る変調波生成・出力部の構成を示している。変形例１の治療器は、パルス波を生成し出力するための機能（パルス波生成手段）も備えており、変調波とパルス波のいずれをも出力可能である。

　図８に示すように、デジタル信号発生回路２５１のメモリには、変調波の波形データに加えて、パルス波の波形データも格納されている。また、変形例１では、ＤＡ変換回路２５２の後段に、フィルタ２５３をバイパスするためのバイパスライン２５６と、バイパススイッチ２５７と、が設けられている。

　パルス波を用いる治療モードが選択された場合、ＣＰＵ２３０は、デジタル信号発生回路２５１に治療モードを通知するとともに、バイパススイッチ２５７をバイパスライン２５６側に切り替える。デジタル信号発生回路２５１は指定されたモードに対応する波形データを読み込んで、パルス波の源波形を生成する。なお、変調波とパルス波とでは、波形データの形式に違いはなく、記述されているデータの内容（波形の定義）が異なるにすぎない。それゆえ、デジタル信号発生回路２５１およびＤＡ変換回路２５２における処理は、変調波を生成する場合とパルス波を生成する場合とで異なるところはない。

　ＤＡ変換回路２５２から出力された源波形は、バイパスライン２５６を経由して強さ調整回路２５４に入力される。パルス波形の場合にフィルタ２５３をバイパスさせる理由は、パルス波形のなまりを防止するためである。そして、強さ指定値に応じたレベル調整が行われた後、増幅回路２５５で増幅され、パルス波の治療電流が出力される。

　このように変形例１の構成によれば、パルス波と変調波の２タイプの治療電流を利用可能である。パルス波は主に筋肉に作用するのに対して、変調波は筋肉よりも体内深くに刺激を及ぼす点で、両者の治療効果には差がある。よって、パルス波と変調波を選択可能とすることで、治療器の利便性と利用価値（付加価値）の向上を図ることができる。しかも、図８のように、パルス波と変調波の回路構成を共通にしたことで、小型かつ安価な構成で、２タイプの治療電流に対応した高機能な治療器を実現できる。

　（その他の変形例）
　波形データの記憶手段は、読み込み専用の記憶媒体でもよいし、書き換え可能な記憶媒体でもよい。しかし、拡張性、柔軟性、メンテナンス性などの観点から、書き換え可能な記憶媒体に波形データを格納し、さらに治療器の外から波形データの書き換え（更新）を可能とすることが好ましい。具体的には、治療器に外部機器とのインターフェイス（たとえば、コンピュータと接続するためのＵＳＢコネクタ、コンピュータと無線通信を行うための通信Ｉ／Ｆなど）を設けて、外部機器から治療器に波形データを送信し書き込めるようにしてもよい。あるいは、治療器の操作部２１０と表示部２２０を用いて波形データの編集や削除などを行えるようにしてもよい。このように波形データの書き換えを可能とすることで、たとえば、製品出荷時に最新バージョンの波形データに更新したり、ユーザの希望に合わせて書き込む波形データを異ならせることもできる。また、ＷＥＢサイトで治療器のユーザに対して波形データを提供したり、ユーザ自身による波形データの編集を可能にしたりするなど、さまざまなサービスの可能性が生まれる。

　波形データの形式は上記実施形態のものに限らない。たとえば、サンプリング間隔や分解能をもっと細かくしてもよいし、サンプリング間隔や分解能を動的に変化させてもよい。またメモリを節約するために、波形データを圧縮してもよい。

Claims

　治療電流として変調波を出力可能な治療器であって、
　前記変調波の波形を定義する波形データを記憶している記憶手段と、
　前記波形データに従ってデジタル信号を出力するデジタル信号発生手段と、
　前記デジタル信号をアナログ変換して源波形を出力する変換手段と、
　前記源波形を増幅して治療電流を出力する増幅手段と、
を備えることを特徴とする治療器。
　前記波形データは、所定時間ごとの振幅値が記述されたデータであり、
　前記デジタル信号発生手段は、前記波形データに従って前記源波形の振幅値を表すデジタル信号を出力することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の治療器。
　前記変調波は、振幅もしくは周波数、またはその両方が変調された波形を有することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の治療器。
　前記変調波は、非一定の周期で振幅が変化する波形を有することを特徴とする請求の範囲第１項～第３項のいずれかに記載の治療器。
　前記変調波は、一定または非一定の周期で振幅が変化し、かつ、周期毎に振幅の最大値が変化する波形を有することを特徴とする請求の範囲第１項～第３項のいずれかに記載の治療器。
　前記記憶手段が、パルス波の波形を定義する波形データも記憶しており、
　前記デジタル信号発生手段が、前記パルス波の波形データに従ってデジタル信号を出力することにより、治療電流としてパルス波も出力可能であることを特徴とする請求の範囲第１項～第５項のいずれかに記載の治療器。
　前記記憶手段に記憶された波形データの書き換えが可能であることを特徴とする請求の範囲第１項～第６項のいずれかに記載の治療器。
　前記変換手段と前記増幅手段の間にアンチエイリアシングフィルタを備えることを特徴とする請求の範囲第１項～第７項のいずれかに記載の治療器。
　前記変換手段は、抵抗ラダー回路であることを特徴とする請求の範囲第１項～第８項のいずれかに記載の治療器。