WO2019130715A1 - 生体刺激装置 - Google Patents

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WO2019130715A1
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period
pulse
pulse group
discharge
drive signal
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辰之 小林
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株式会社テクノリンク
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Definitions

  • the present invention relates to a biostimulation device.
  • Patent Document 1 describes a biostimulation device that stimulates a living body by outputting a stimulation signal from a conductor connected to a secondary winding of an output transformer.
  • Patent No. 3503135 gazette
  • the pulse group is distorted by the capacitive action of the living body, thereby forming a pseudo sine wave. And gives a soft feeling of stimulation.
  • the inventor of the present application has found that the waveform is distorted in the vicinity of the peak of the sine wave (highest potential point or lowest potential point) in the prior art. In order to obtain a softer feeling of stimulation, it is desirable to reduce such distortion of the waveform.
  • An object of the present invention is to suppress distortion of a pseudo sine wave waveform.
  • the main invention for achieving the above object comprises an output unit for outputting a stimulation signal to a living body, and the stimulation signal is a group of positive pulses composed of a plurality of pulses whose potential rises on the plus side, and a potential on the minus side. And a negative pulse group composed of a plurality of falling pulses alternately appears at a predetermined cycle, and one cycle of the stimulation signal is a first period, a second period, a fourth period, and a fourth period.
  • the positive pulse group appears in the first period and the second period, and the pulse width gradually widens in the first period, and the pulses in the first period in the second period
  • the pulse width gradually narrows so as to follow the time change reverse to the time change of the width
  • the negative pulse group appears in the third period and the fourth period
  • the pulse width gradually increases in the third period.
  • the pulse width gradually narrows so as to follow the time change reverse to the time change of the pulse width in the third period
  • the stimulation signal has a potential rising to the plus side immediately before the positive pulse group.
  • It is a biostimulation device characterized by having a discharge pulse and a discharge pulse having a potential falling to the negative side immediately before the negative pulse group.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a configuration of a biostimulation device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 2A is an explanatory diagram of how current flows in living tissue.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram of an equivalent circuit of the bioresistance Z.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of various signals in the first embodiment.
  • FIG. 4A is a graph when the stimulation signal of the first embodiment is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • FIG. 4B is a graph of the FFT analysis result of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a virtual stimulation signal according to the second embodiment.
  • FIGS. 7A and 7B are graphs when the stimulation signal of 2500 Hz is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • FIG. 6A is a graph when the discharge pulse group is composed of three discharge pulses
  • FIG. 6B is a graph when the discharge pulse group is composed of four discharge pulses.
  • FIGS. 7A and 7B are graphs when the stimulation signal of 2700 Hz is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • FIG. 7A is a graph when the discharge pulse group is composed of two discharge pulses
  • FIG. 7B is a graph when the discharge pulse group is composed of three discharge pulses.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a virtual stimulation signal of the reference example.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a virtual stimulation signal of the reference example.
  • FIG. 8B is an explanatory diagram of the third embodiment.
  • 9A and 9B are graphs when the stimulation signal is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • the pause period of the discharge pulse is constant in FIG. 9A, and the pause period of the discharge pulse is gradually reduced in FIG. 9B.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of various signals of the comparative example.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of pulses of a pulse group of the first drive signal (and the second drive signal).
  • FIG. 12A is a graph when the stimulation signal of the comparative example is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • FIG. 12B is a graph of the FFT analysis result of FIG. 12A.
  • the output unit outputs a stimulation signal to a living body, and the stimulation signal includes a positive pulse group composed of a plurality of pulses whose potential rises on the positive side, and a negative pulse composed of a plurality of pulses on which the potential falls on the negative side.
  • the pulse group is a signal that appears alternately in a predetermined cycle, and when one cycle of the stimulation signal is divided into four periods of a first period, a second period, a third period, and a fourth period, the positive pulse group is The pulse width appears gradually in the first period and the second period, and the pulse width gradually widens in the first period, and in the second period, the time change reverse to the time change of the pulse width in the first period is The pulse width gradually narrows as follows, and the negative pulse group appears in the third period and the fourth period, and the pulse width gradually widens in the third period, and the fourth in the fourth period. The above-mentioned The pulse width is gradually narrowed so as to follow the time change reverse to the time change of the pulse width, and the stimulation signal is a discharge pulse whose potential rises on the plus side immediately before the positive pulse group, and the negative pulse group
  • the biostimulation apparatus is characterized by having a discharge pulse for potential falling on the minus side immediately before According to such a biostimulation device, distortion
  • the pulse width of the discharge pulse is A and the pulse width of the first pulse of the positive pulse group or the negative pulse group is B, it is preferable that A be set to B or less. Thereby, stimulation to the living body by the discharge pulse can be suppressed.
  • the stimulation signal preferably includes a discharge pulse group configured by a plurality of the discharge pulses. Thereby, the discharge of the surplus charge can be promoted.
  • the frequency of the plurality of discharge pulses constituting the discharge pulse group is desirably higher than the frequency of the plurality of pulses constituting the positive pulse group or the negative pulse group. Thereby, stimulation to the living body by the discharge pulse group can be suppressed.
  • the number of discharge pulses constituting the discharge pulse group can be changed according to the frequency of the stimulation signal. Thereby, distortion of the waveform of a pseudo
  • the number of discharge pulses constituting the discharge pulse group can be changed in accordance with the idle period between the positive pulse group and the negative pulse group. Thereby, distortion of the waveform of a pseudo
  • the discharge pulse group be constituted by at least three of the discharge pulses, and the rest period between the discharge pulses be set to be gradually shorter. Thereby, distortion of the waveform of a pseudo
  • a biostimulation device for outputting a stimulation signal to a living body, the output transformer, a first switch for supplying a current in a predetermined direction to the primary side of the output transformer, and the predetermined direction to the primary side of the output transformer
  • a second switch for passing a current in the reverse direction, a first drive signal for driving the first switch, a control unit for generating a second drive signal for driving the second switch, and a secondary side of the output transformer
  • an output unit for outputting the stimulation signal wherein the first drive signal and the second drive signal are signals in which a pulse group composed of a plurality of pulses appears at a predetermined cycle, and one cycle is When divided into four periods of the first period, the second period, the third period, and the fourth period, the pulse group of the first drive signal appears in the first period and the second period, and In the period, pulse Gradually widens, and in the second period, the pulse width gradually narrows so as to follow the time change reverse to the time change of the pulse width in the first period, and the
  • FIG. 1 is an explanatory view of a configuration of a biostimulation device 1 of the present embodiment.
  • symbol Z in a figure is resistance of a biological body (for example, human body).
  • the equivalent circuit (see FIG. 2B) of the bioresistance Z will be described later.
  • the biostimulation device 1 is a device that applies stimulation to a living body by a stimulation signal output from the output unit 31.
  • the flow of the current by the stimulation signal to the living body stimulates the nerve and contracts and relaxes the muscle, thereby applying the stimulation to the living body.
  • the higher the frequency of the stimulation signal the lower the impedance of the living body and the smaller the feeling of muscle stimulation.
  • the stimulation signal is softer in a sine wave than in a square wave.
  • the biostimulation device 1 includes an output transformer 10, a first switch 21 and a second switch 22, an output unit 31, and a control unit 40.
  • the output transformer 10 is a converter (transformer) that converts a signal between the primary winding and the secondary winding.
  • the output transformer 10 converts the electrical energy supplied to the primary side into magnetic energy, reconverts the magnetic energy into electrical energy on the secondary side, and outputs it as a stimulation signal.
  • the output transformer 10 has a first input terminal 11, a second input terminal 12, a center tap 13, a first output terminal 14 and a second output terminal 15.
  • a first input terminal 11, a second input terminal 12, and a center tap 13 are provided on the primary side of the output transformer 10.
  • the first input terminal 11 is a terminal at one end of the primary winding.
  • the second input terminal 12 is a terminal on the other end side (a side opposite to the primary input terminal) of the primary side winding.
  • the center tap 13 is a terminal from which the middle point of the primary winding is drawn.
  • a first output terminal 14 and a second output terminal 15 are provided on the secondary side of the output transformer 10.
  • the first switch 21 is a switch for supplying current in the positive direction (predetermined direction) to the primary winding of the output transformer 10.
  • the first switch 21 is connected to the first input terminal 11 at one end of the primary winding of the output transformer 10.
  • the first switch 21 is, for example, an FET, and the drain of the source-grounded FET is connected to the first input terminal 11, and on / off (energization / pause) control is performed according to a signal input to the gate. It will be.
  • a current in the positive direction flows in the primary winding.
  • the first switch 21 is turned off, the current in the positive direction is cut off.
  • the second switch 22 is a switch for supplying a current in the negative direction (a direction opposite to the predetermined direction) to the primary side winding of the output transformer 10.
  • the second switch 22 is a switch connected to the second input terminal 12 at the other end of the primary winding of the output transformer 10 (opposite to the side to which the first switch 21 is connected).
  • the second switch 22 is also an FET, for example, and the drain of the source-grounded FET is connected to the second input terminal 12, and is turned on / off according to a signal input to the gate. It will be When the second switch 22 is turned on, a current in the negative direction flows through the primary winding. When the second switch 22 is turned off, the current in the negative direction is cut off.
  • the output unit 31 is an electrode that outputs a stimulation signal to a living body.
  • the output unit 31 is connected to the first output terminal 14 and the second output terminal 15 of the secondary winding of the output transformer 10.
  • the output unit 31 is incorporated in a conductor (for example, an adhesive pad, a suction pad, a conductor in the form of a metal rod or glove) to be in contact with a living body, and outputs a stimulation signal to the living body via the conductor.
  • the control unit 40 is a part (controller) that controls the driving of the first switch 21 and the second switch 22. That is, the control unit 40 controls the input to the output transformer 10 via the first switch 21 and the second switch 22. The control unit 40 also controls the voltage of the center tap 13 of the primary winding of the output transformer 10.
  • the control unit 40 executes various processes described later by executing a program stored in a storage unit (not shown).
  • the control unit 40 includes a processing device 41, a voltage setting unit 42, and a drive signal generation unit 43.
  • the processing device 41 is, for example, a processing device 41 such as a CPU or an MPU.
  • the processing device 41 outputs a setting signal for instructing a set voltage to the voltage setting unit 42.
  • the processing device 41 also outputs an instruction signal for instructing generation of the first drive signal and the second drive signal to the drive signal generation unit 43.
  • the voltage setting unit 42 is a part (circuit) for setting the voltage (set voltage) of the center tap 13 of the output transformer 10.
  • the voltage setting unit 42 includes a D / A converter 42A and an amplifier 42B.
  • the D / A converter 42A outputs a voltage corresponding to the signal input from the processing device 41, and the amplifier 42B amplifies the output voltage from the D / A converter 42A to set the voltage of the center tap 13.
  • the voltage setting unit 42 may be configured not to variably configure the set voltage to be output to the center tap 13 but to output a constant voltage.
  • the drive signal generation unit 43 is a signal generation unit (circuit) that generates a first drive signal and a second drive signal.
  • the drive signal generation unit 43 outputs the first drive signal to the first switch 21 (specifically, the gate of the first switch 21 that is an FET), and the second drive signal is specific to a second switch 22 (specifically, a second FET that is an FET). Output to the gate of the switch 22).
  • the control unit 40 may be configured such that the processing device 41 outputs the first drive signal and the second drive signal to the first switch 21 and the second switch 22 without providing the drive signal generation unit 43.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of various signals of the comparative example.
  • the horizontal axis in the figure indicates time, and the vertical axis indicates voltage.
  • Various signals in the figure are, from the top, a set voltage, a first drive signal, a second drive signal, and a virtual stimulation signal for explanation.
  • the set voltage is a voltage (potential) of the center tap 13 of the output transformer 10.
  • the control unit 40 can change the set voltage V1, and thereby, can adjust the intensity (V2) of the stimulation signal.
  • the first drive signal is a signal (drive signal, switch control signal) for driving the first switch 21.
  • the first drive signal is at the H level
  • the first switch 21 is turned on, and a set voltage is applied to the primary side winding between the first input terminal 11 of the output transformer 10 and the center tap 13 to set the primary side winding.
  • a current flows in the positive direction (predetermined direction) (energization).
  • the first drive signal is at L level
  • the first switch 21 is turned off, and the current in the positive direction is interrupted (pause).
  • the second drive signal is a signal for driving the second switch 22.
  • the second switch 22 When the second drive signal is at the H level, the second switch 22 is turned on, a set voltage is applied to the primary winding between the second input terminal 12 of the output transformer 10 and the center tap 13, and the primary winding is A current flows in the negative direction (opposite to the predetermined direction).
  • the second drive signal is at L level, the second switch 22 is turned off, and the current in the negative direction is cut off.
  • Each of the first drive signal and the second drive signal is a signal in which a pulse group (corresponding to a sine wave pulse group described later) including a plurality of pulses appears at a predetermined cycle.
  • the pulse group of the first drive signal and the second drive signal is configured as a PWM signal, and each pulse forming the pulse group is set to a pulse width adjusted to a predetermined duty. While the period of the pulse group is relatively long (low frequency), the periods of the plurality of pulses constituting the pulse group are relatively short.
  • the pulse group of the first drive signal and the pulse group of the second drive signal are alternately generated. For this reason, the first switch 21 and the second switch 22 alternately perform the high frequency switching operation.
  • the energizing period of the pulse group of the first drive signal and the energizing period of the pulse group of the second drive signal do not overlap, and when the energizing period of the pulse group of one drive signal, the other drive signal becomes a pause period. .
  • the first drive signal and the second drive signal are 180 degrees out of phase with each other.
  • a period (one cycle) of one cycle of the first drive signal may be equally divided into four and referred to as first to fourth periods, respectively.
  • the first period and the second period are current-supplying periods of the pulse group of the first drive signal and a pause period of the second drive signal.
  • the third period and the fourth period are a rest period of the first drive signal and a conduction period of the pulse group of the second drive signal.
  • the pulse width of the plurality of pulses constituting the pulse group of the first drive signal gradually spreads (duty gradually increases).
  • the pulse width gradually narrows (duty gradually decreases).
  • the pulse width temporally changes in the second period so as to follow the temporal change reverse to the temporal change of the pulse width in the first period.
  • the pulse width of the plurality of pulses constituting the pulse group of the second drive signal gradually increases, and the fourth period (the conduction period of the second drive signal) In the second half of the), the pulse width gradually narrows.
  • the pulse width temporally changes in the fourth period so as to follow a time change reverse to the temporal change of the pulse width in the third period.
  • the temporal change of the pulse width of the second drive signal in the third period is common to the temporal change of the pulse width of the first drive signal in the first period.
  • the temporal change of the pulse width of the second drive signal in the fourth period is common to the temporal change of the pulse width of the first drive signal in the second period.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of pulses of a pulse group of the first drive signal (and the second drive signal).
  • the drive signal generation unit 43 has a comparator (not shown), and the sine wave signal and the triangular wave signal shown in the upper graph in the drawing are respectively input to this comparator.
  • the sine wave signal in the figure has the same cycle as the cycle of the pulse group of the first drive signal (or the second drive signal).
  • the triangular wave signal here has a frequency 10 times that of the sine wave signal (however, the frequency is not limited to 10 times).
  • the comparator sets the voltage of the first drive signal (or the second drive signal) to the L level when the voltage of the triangular wave signal is higher (or lower) than the sine wave signal.
  • the comparator sets the voltage of the first drive signal (or the second drive signal) to the H level.
  • the first drive signal shown on the lower side in the drawing is output from the comparator.
  • a short pause period L level signal
  • such a short pause period hardly contributes to such a short pause period, so that such a short pause period is eliminated and a wide A pulse is being generated.
  • such a short pause period may be reproduced as the first drive signal (or the second drive signal).
  • the pulse width gradually widens in the first period, and gradually narrows in the second period.
  • the pulse width changes in time in the second period so as to follow the time change reverse to the time change of the pulse width in the first period.
  • the drive signal generation unit 43 may have no comparator.
  • data relating to the time change of the pulse width may be stored in advance, and the first drive signal (and the second drive signal) may be generated by sequentially generating a pulse having a time width based on the data.
  • the virtual stimulation signal of FIG. 10 is a signal without distortion of the waveform due to the reactance characteristic of the living body.
  • a resistor for example, 500 ⁇
  • a substantially virtual stimulation signal is output from the output unit 31.
  • pulse groups on the positive side (positive pulse group) and pulse groups on the negative side (negative pulse group) appear alternately in a predetermined cycle.
  • the positive pulse group is a pulse group composed of a plurality of pulses whose potential rises on the positive side.
  • the positive pulse group is generated by the pulse group of the first drive signal. That is, in the positive pulse group, the primary switch between the first input terminal 11 of the output transformer 10 and the center tap 13 has a positive direction (a predetermined direction (a predetermined direction) by turning on / off the first switch 21 by the first drive signal. Generated by the flow of the current of.
  • the negative pulse group is a pulse group composed of a plurality of pulses in which the potential falls to the negative side.
  • the negative pulse group is generated by the pulse group of the second drive signal. That is, the negative pulse group causes the primary winding between the second input terminal 12 of the output transformer 10 and the center tap 13 to turn in the negative direction (the above-mentioned predetermined direction by turning on and off the second switch 22 by the second drive signal). It is generated by the flow of current in the direction opposite to the direction).
  • the period (one period) of one cycle of the stimulation signal is divided into four equal parts, and referred to as the first to fourth periods, respectively. There is.
  • the positive pulse group of the stimulation signal appears in the first period and the second period, and the negative pulse group will appear in the third period and the fourth period.
  • the virtual stimulation signal in the figure is in a state without distortion of the waveform, and the envelope of the pulse group has a low frequency rectangular shape (rectangular pulse shape).
  • the living body which is the output destination of the output unit 31 has a capacitive property such as a capacitor, and the capacitive action of the living body distorts the rectangle, thereby forming a pseudo sine wave. .
  • this point will be described.
  • FIG. 2A is an explanatory diagram of how current flows in living tissue.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram of an equivalent circuit of the bioresistance Z.
  • the current flowing in the living tissue is considered to have different paths depending on the frequency.
  • the low frequency current can flow through the extracellular fluid outside the cell because it can not penetrate the cell membrane. As the frequency increases, the current passes through the cell membrane, and the current also flows into the cell (cell membrane and intracellular fluid).
  • extracellular fluid and intracellular fluid can be considered as a resistance component (resistance), and a cell membrane can be considered as a capacitive component (reactance).
  • FIG. 12A is a graph (simulation result) when the stimulation signal of the comparative example is output from the output unit 31 in a state where the bioresistance Z is connected.
  • the horizontal axis of the graph indicates time, and the vertical axis indicates the voltage between the outputs 31.
  • the frequency is 2700 Hz (one cycle is about 370 ⁇ s).
  • FIG. 12B is a graph of the FFT analysis result of FIG. 12A.
  • the capacitance of the cell membrane is 1 ⁇ (F)
  • the extracellular fluid resistance is 2 k ( ⁇ ).
  • the intracellular fluid resistance is different, and is 1 ( ⁇ ), 41 ( ⁇ ), and 100 ( ⁇ ), respectively.
  • similar to a biological body is 41 ohm, in order to demonstrate the phenomenon of distortion of a pseudo sine wave, the case where intracellular fluid resistance is 1 ohm is illustrated here.
  • the voltage of the stimulation signal (the envelope of the voltage of the stimulation signal when the intracellular fluid resistance is 41 ⁇ ) is obtained by the first pulse group appearing because the bioresistance Z contains a capacitive component. It gradually increases in the period and the second period, and gradually decreases in the third period and the fourth period in which the negative pulse group appears.
  • the capacitive component is charged in the second period in which the positive pulse group appears and discharged in the third period in which the negative pulse group appears.
  • the capacitive component is charged to the opposite side in the fourth period in which the negative pulse group appears, and is discharged in the first period in which the positive pulse group appears.
  • the pulse width gradually widens in the first period since the pulse width gradually widens in the first period, the voltage change (slope of the graph) of the stimulation signal gradually becomes sharp in the first period, and the pulse width gradually narrows in the second period. Then, the voltage change of the stimulation signal becomes gradually loose. Further, also in the third and fourth periods, the pulse width gradually widens in the third period, so that the voltage change of the stimulation signal gradually becomes sharp in the third period, and the pulse width gradually narrows in the fourth period Therefore, in the fourth period, the voltage change of the stimulation signal gradually becomes loose. As a result, the stimulation signal distorted by the capacitive action of the living body becomes a waveform approximate to a sine wave.
  • the pulse width is temporally changed in the second period so as to follow the temporal change reverse to the temporal change of the pulse width in the first period, and the pulse width is reverse to the temporal change in the third period.
  • the reason for changing the pulse width in the fourth period so as to follow the time change is to approximate the distorted stimulation signal to a sine wave.
  • the temporal change of the pulse width in the first period and the temporal change of the pulse width of the second drive signal in the third period are made common, and the temporal change of the pulse width of the first drive signal in the second period;
  • the reason for sharing the time change of the pulse width of the second drive signal in the four periods is to approximate the distorted stimulation signal to a sine wave.
  • the resistance component of the intracellular fluid arranged in series with the capacitive element affects the charging of the capacitive element.
  • the capacitive element when the capacitive element is discharged, the resistance component synthesized in the intracellular fluid and the extracellular fluid is influenced. That is, in the reactance characteristic of the living body, there is a difference between the filling resistance and the discharging resistance. As a result, charging of the capacitive element is relatively fast, while discharging is relatively slow.
  • the region surrounded by an ellipse in FIG. 12A corresponds to the graph in the case where the intracellular fluid resistance is 1 ⁇ , but the pseudo sine wave is also similar to the case where the intracellular fluid resistance is 41 ⁇ (resistance close to a living body). In the vicinity of the peak of the wave (highest potential point or lowest potential point), a phenomenon occurs in which the period of constant voltage becomes long. Further, as shown in FIG. 12B, the third harmonic (8.1 kHz) is relatively large also when the intracellular fluid resistance is 41 ⁇ (resistance close to a living body).
  • a discharge pulse is generated so as to promote discharge that is relatively slow.
  • the discharge pulse will be described.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of various signals in the first embodiment.
  • the horizontal axis in the figure indicates time, and the vertical axis indicates voltage.
  • Various signals in the figure are, in order from the top, a set voltage, a first drive signal, a second drive signal, and a virtual stimulation signal.
  • the first drive signal of the present embodiment has a sine wave pulse group and a discharge pulse.
  • the second drive signal also has a sine wave pulse group and a discharge pulse.
  • the first drive signal and the second drive signal are 180 degrees out of phase with each other.
  • the sine wave pulse group of the first drive signal is a pulse group similar to the first drive signal of the comparative example. For this reason, in the first period (the first half of the conduction period of the first drive signal), the pulse width of the plurality of pulses constituting the sine wave pulse group of the first drive signal gradually spreads (duty gradually increases) In the second period (the second half of the conduction period of the first drive signal), the pulse width gradually narrows (duty gradually decreases). In addition, the pulse width temporally changes in the second period so as to follow the temporal change reverse to the temporal change of the pulse width in the first period.
  • the waveforms of the pulse group in the first period and the pulse group in the second period are the first The line is symmetrical at the boundary between the first period and the second period.
  • the sine wave pulse group of the second drive signal is a pulse group similar to the second drive signal of the comparative example.
  • the pulse width of the plurality of pulses constituting the sine wave pulse group of the second drive signal gradually widens in the third period (the first half of the conduction period of the second drive signal), and the fourth period (second drive) In the latter half of the signal conduction period), the pulse width gradually narrows.
  • the pulse width temporally changes in the fourth period so as to follow a time change reverse to the temporal change of the pulse width in the third period.
  • the waveforms of the pulse group in the third period and the pulse group in the fourth period have the second waveform.
  • the line is symmetrical at the boundary between the first period and the second period.
  • the temporal change of the pulse width of the second drive signal in the third period is common to the temporal change of the pulse width of the first drive signal in the first period.
  • the temporal change of the pulse width of the second drive signal in the fourth period is common to the temporal change of the pulse width of the first drive signal in the second period.
  • the discharge pulses of the first drive signal and the second drive signal are pulses immediately before the first pulse of the sine wave pulse group, and are pulses for promoting the discharge of the charge stored in the capacitive component of the living body. .
  • the discharge pulse of the first drive signal is a pulse generated in the first period, and is a pulse for discharging the charge stored in the capacitance component in the fourth period.
  • the discharge pulse of the second drive signal is a pulse generated in the third period, and is a pulse for discharging the charge stored in the capacitance component in the second period.
  • the discharge pulse of the first drive signal is a signal for generating a discharge positive pulse of the stimulation signal
  • the discharge pulse of the second drive signal is a discharge negative pulse of the stimulation signal. It is a signal.
  • the pulse for the first period is generated.
  • the waveforms of the pulse group in the group and the second period are asymmetric.
  • the fourth The waveforms of the pulse group of the period and the pulse group of the fifth period are asymmetric.
  • the pulse width A of the discharge pulse is sine
  • the pulse width B of the first pulse of the wave pulse group is set equal to or less (A ⁇ B).
  • the pulse width A of the discharge pulse (and the pause width A ′ of the discharge pulse) is 2 ⁇ s
  • the pulse width B of the first pulse of the sine wave pulse group is set to 3 ⁇ s.
  • the first drive signal (and the second drive signal) has a plurality of discharge pulses.
  • the discharge pulse group of the first drive signal is composed of three discharge pulses, but the number of discharge pulses is not limited to this. Further, as described later, the number of discharge pulses may be changed according to the conditions.
  • the frequency of the discharge pulse group (a plurality of discharge pulses) of the first drive signal (and the second drive signal) is the frequency of the sine wave pulse group (PWM frequency, for example, the triangular wave in FIG. 11). It is set to be higher than the frequency of the signal). Thereby, stimulation to the living body by the discharge pulse group can be suppressed.
  • PWM frequency for example, the triangular wave in FIG. 11
  • the virtual stimulation signal of FIG. 3 is a signal without distortion of the waveform due to the reactance characteristic of the living body.
  • a resistor for example, 500 ⁇
  • a substantially virtual stimulation signal is output from the output unit 31.
  • positive pulse groups and negative pulse groups for generating a pseudo sine wave appear alternately at a predetermined cycle.
  • the positive side discharge pulse discharge positive pulse
  • the negative side discharge pulse discharge negative pulse
  • the discharge positive pulse is a pulse that is generated in the first period of the stimulation signal and is used to discharge the charge of the capacitive component by the negative pulse group in the fourth period.
  • the negative pulse for discharge is a pulse that is generated in the third period of the stimulation signal and is used to discharge the charge that has been charged in the capacitive component by the positive pulse group in the second period.
  • the pulse width of the discharge pulse (positive pulse for discharge or negative pulse for discharge) of the stimulation signal is A and the pulse width of the first pulse of the positive pulse group (or negative pulse group) is B
  • the pulse width A is And the pulse width B or less (A.ltoreq.B).
  • the pulse width A (and the pause width A ′) is 2 ⁇ s
  • the pulse width B is set to 3 ⁇ s. The shorter the pulse width, the harder it is for the living body to feel stimulation (because the high frequency pulse makes it harder for the living body to feel stimulation compared to the low frequency pulse), so setting the pulse width A to the pulse width B or less It is possible to suppress the stimulation to the living body by the pulse.
  • FIG. 4A is a graph (simulation result) when the stimulation signal (see FIG. 3) of the first embodiment is output from the output unit 31 in a state where the bioresistance Z is connected.
  • the horizontal axis of the graph indicates time, and the vertical axis indicates the voltage between the outputs 31.
  • the frequency is 2700 Hz (one cycle is about 370 ⁇ s) as in the comparative example.
  • the capacitance of the cell membrane is 1 ⁇ (F)
  • the extracellular fluid resistance is 2 k ( ⁇ ).
  • the intracellular fluid resistance is different, and is 1 ( ⁇ ), 41 ( ⁇ ), and 100 ( ⁇ ), respectively.
  • the stimulation signal distorted due to the capacitive action of the living body has a waveform approximate to a sine wave, as in the comparative example.
  • the period of constant voltage is short in the vicinity of the apex (the highest potential point or the lowest potential point) of the pseudo sine wave. This is because the discharge is promoted by applying a discharge pulse (a positive pulse for discharge or a negative pulse for discharge) of the stimulation signal in the first period and the third period. As a result, the waveform of the pseudo-sine wave becomes closer to a sine wave, and the stimulus given to the living body can be softened.
  • FIG. 4B is a graph of the FFT analysis result of FIG. 4A.
  • the waveform of the pseudo-sine wave approaches the sine wave as compared to the comparative example, and as shown in FIG. 4B, the third harmonic (8.1 kHz) is approximately 6 dB as compared to the comparative example. (The power is reduced by about 1/4 or less).
  • distortion of the waveform of the pseudo sine wave can be suppressed by the discharge pulse of this embodiment.
  • the stimulus given to the living body is made soft according to this embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a virtual stimulation signal according to the second embodiment.
  • waveforms of one cycle of various signals when the frequency is changed are shown.
  • the period T2 after the frequency change is longer than the period T1 before the frequency change.
  • the pause period between the positive pulse group and the negative pulse group in the virtual signal also changes.
  • the frequency of the virtual signal is changed by changing the cycle without changing the waveform of the sine wave pulse group of the first drive signal or the second drive signal, it is natural that the positive pulse group in the virtual signal is The pause period between the negative pulse group will change.
  • the period L2 from the last pulse of the positive pulse group to the first pulse of the negative pulse group after the frequency change in the figure is the first pulse of the positive pulse group to the first pulse of the positive pulse group before the frequency change. It is longer than the period L1.
  • the period L2 from the last pulse of the negative pulse group to the first pulse of the positive pulse group after the frequency change is also a period L1 from the last pulse of the negative pulse group to the first pulse of the positive pulse group before the frequency change. It will be longer than that.
  • the number of discharge pulses in the discharge pulse group is changed when the frequency is changed or when the idle period between the positive pulse group and the negative pulse group is changed.
  • the number of discharge pulses in the discharge pulse group is three to four when the frequency decreases or when the pause period between the positive pulse group and the negative pulse group becomes long. Is increasing. Also, when the frequency decreases or when the pause period between the positive pulse group and the negative pulse group becomes long, the period of the discharge pulse group is extended from N1 to N2.
  • FIG. 6A and 6B are graphs (simulation results) when the stimulation signal of 2500 Hz is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • the horizontal axis of each graph indicates time, and the vertical axis indicates the voltage between the output units 31.
  • FIG. 6A is a graph when the discharge pulse group is composed of three discharge pulses
  • FIG. 6B is a graph when the discharge pulse group is composed of four discharge pulses.
  • the pulse width (A) of the discharge pulse is 2 ⁇ s
  • the idle period (A ′) is 2 ⁇ s.
  • the period in which the voltage is constant is shorter in the vicinity of the peak (the highest potential point or the lowest potential point) of the pseudo sine wave than in the case where there are four discharge pulses.
  • the third harmonic (8. 1 kHz) was reduced by about 2 dB. Note that if the number of discharge pulses is increased to five (see FIG. 8A), the third harmonic (8.1 kHz) is degraded, so the optimal number of discharge pulses is four for a 2500 Hz stimulation signal. .
  • FIGS. 7A and 7B are graphs (simulation results) when the stimulation signal of 2700 Hz is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • the horizontal axis of each graph indicates time, and the vertical axis indicates the voltage between the output units 31.
  • FIG. 7A is a graph when the discharge pulse group is composed of two discharge pulses
  • FIG. 7B is a graph when the discharge pulse group is composed of three discharge pulses.
  • the pulse width (A) of the discharge pulse is 2 ⁇ s
  • the idle period (A ′) is 2 ⁇ s.
  • the optimal number of discharge pulses was 4 for the 2500 Hz stimulation signal, and 3 for the 2700 Hz stimulation signal.
  • the frequency is changed (or when the pause period between the positive pulse group and the negative pulse group is changed)
  • it is effective to change the number of discharge pulses in the discharge pulse group.
  • the number of discharge pulses in the discharge pulse group is increased when the frequency decreases (or when the pause period between the positive pulse group and the negative pulse group becomes longer, and when the cycle becomes longer) Is effective (it is effective to increase the duration of the discharge pulse group).
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a virtual stimulation signal of the reference example.
  • a plurality of discharge pulses constituting the discharge pulse group are arranged at equal intervals.
  • the pause period between discharge pulses is constant.
  • FIG. 8B is an explanatory diagram of the third embodiment.
  • the stimulation signal of the third embodiment there are at least three discharge pulses constituting the discharge pulse group, and there are at least two pause periods between the discharge pulses.
  • the idle period between the discharge pulses of the discharge pulse group is set to be gradually shortened.
  • the discharge can be further promoted in the latter half of the former half of the energization period of the discharge pulse group.
  • FIGS. 9A and 9B are graphs (simulation results) when the stimulation signal is output from the output unit 31 in the state where the bioresistance Z is connected.
  • the horizontal axis of each graph indicates time, and the vertical axis indicates the voltage between the output units 31.
  • the discharge pulse group is composed of five discharge pulses, and the pulse width (A) of the discharge pulse is 2 ⁇ s.
  • the rest period of the discharge pulse is 2 ⁇ s and is constant.
  • the idle period between the discharge pulses of the discharge pulse group is set to be gradually shortened.
  • the voltage after the peak (the highest potential point or the lowest potential point) of the pseudo sine wave changes more smoothly than in FIG. 9A so that the voltage gradually becomes steeper.
  • the waveform of the pseudo sine wave becomes closer to a sine wave, and the stimulus applied to the living body can be softened.
  • the effect of the third embodiment can be easily obtained as the voltage constant period near the top of the pseudo sine wave in the case where the discharge pulse is not inserted is longer. Therefore, when the frequency decreases (or when the pause period between the positive pulse group and the negative pulse group becomes longer), the pause period between discharge pulses of the discharge pulse group is set to be gradually shorter. You may That is, depending on the frequency, the setting to make constant the pause period between the discharge pulses of the discharge pulse group may be switched to the setting to shorten gradually.
  • the first switch 21 is connected to one end of the primary winding of the output transformer, and the second switch 22 is connected to the other end of the primary winding of the output transformer 10, Since a predetermined voltage V1 is applied to the center tap 13 of the output transformer 10, division of the primary side winding is unnecessary, and an inexpensive output transformer 10 can be used.
  • the primary winding of the output transformer 10 may be divided into two.
  • the stimulation signal was output to the biological body from the output part 31 by the structure shown in FIG.
  • the present invention is not limited to such a configuration as long as the stimulation signal as described in the above embodiment can be output from the output unit.
  • 1 biostimulation device 10 output transformers, 11 first input terminal, 12 second input terminal, 13 center tap, 14 first output terminals, 15 second output terminals, 21 first switch, 22 second switch, 31 output unit (conductor), 40 control unit, 41 processing units, 42 voltage setting units, 42A D / A converter, 42B amplifier, 43 drive signal generator, Z human resistance

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Abstract

【課題】擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制すること。 【解決手段】刺激信号には、プラス側に電位の立ち上がる複数のパルスから構成された正パルス群と、マイナス側に電位の立ち下がる複数のパルスから構成された負パルス群とが所定周期で交互に現れる。刺激信号の１周期を第１期間、第２期間、第３期間及び第４期間の４つの期間に分けたとき、前記正パルス群は、前記第１期間及び前記第２期間に現れ、前記第１期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第２期間では、前記第１期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記負パルス群は、前記第３期間及び前記第４期間に現れ、前記第３期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第４期間では、前記第３期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まる。本発明の前記刺激信号は、前記正パルス群の直前にプラス側に電位の立ち上がる放電用パルスと、前記負パルス群の直前にマイナス側に電位の立ち下がる放電用パルスとを有することを特徴とする。

Description

生体刺激装置
　本発明は、生体刺激装置に関する。
　電極を内蔵する導子（出力部）から生体に電流（刺激信号）を流す生体刺激装置が知られている。このような生体刺激装置では、生体に刺激信号を流すことによって、神経を刺激したり、筋肉を収縮・弛緩させたりして、生体に刺激を付与する。例えば特許文献１には、出力トランスの二次側巻線に接続された導子から刺激信号を出力することによって、生体を刺激する生体刺激装置が記載されている。
特許第３５０３１３５号公報
　特許文献１に記載の生体刺激装置では、生体がコンデンサのような容量性を有することに着目し、生体の容量性の作用によってパルス群を歪ませて、これにより、擬似的な正弦波を形成してソフトな刺激感を与えている。但し、後述するような生体特有のリアクタンス性に起因して、本願発明者は、従来の技術では正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の付近で波形が歪むことを発見した。更にソフトな刺激感を得るためには、このような波形の歪みを軽減させることが望ましい。
　本発明は、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することを目的とする。
　上記目的を達成するための主たる発明は、生体に刺激信号を出力する出力部を備え、前記刺激信号は、プラス側に電位の立ち上がる複数のパルスから構成された正パルス群と、マイナス側に電位の立ち下がる複数のパルスから構成された負パルス群とが所定周期で交互に現れる信号であり、前記刺激信号の１周期を第１期間、第２期間、第３期間及び第４期間の４つの期間に分けたとき、前記正パルス群は、前記第１期間及び前記第２期間に現れ、前記第１期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第２期間では、前記第１期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記負パルス群は、前記第３期間及び前記第４期間に現れ、前記第３期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第４期間では、前記第３期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記刺激信号は、前記正パルス群の直前にプラス側に電位の立ち上がる放電用パルスと、前記負パルス群の直前にマイナス側に電位の立ち下がる放電用パルスとを有することを特徴とする生体刺激装置である。
　本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。
　本発明によれば、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することができる。
図１は、本実施形態の生体刺激装置１の構成の説明図である。 図２Ａは、生体組織内における電流の流れ方の説明図である。図２Ｂは、生体抵抗Ｚの等価回路の説明図である。 図３は、第１実施形態の各種信号の説明図である。 図４Ａは、生体抵抗Ｚを接続した状態で出力部３１から第１実施形態の刺激信号を出力したときのグラフである。図４Ｂは、図４ＡのＦＦＴ解析結果のグラフである。 図５は、第２実施形態の仮想的な刺激信号の説明図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、生体抵抗Ｚを接続した状態で２５００Ｈｚの刺激信号を出力部３１から出力したときのグラフである。図６Ａは放電用パルス群が３個の放電用パルスで構成されたときのグラフであり、図６Ｂは放電用パルス群が４個の放電用パルスで構成されたときのグラフである。 図７Ａ及び図７Ｂは、生体抵抗Ｚを接続した状態で２７００Ｈｚの刺激信号を出力部３１から出力したときのグラフである。図７Ａは放電用パルス群が２個の放電用パルスで構成されたときのグラフであり、図７Ｂは放電用パルス群が３個の放電用パルスで構成されたときのグラフである。 図８Ａは、参考例の仮想的な刺激信号の説明図である。図８Ｂは、第３実施形態の説明図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、生体抵抗Ｚを接続した状態で刺激信号を出力部３１から出力したときのグラフである。図９Ａでは放電用パルスの休止期間は一定であり、図９Ｂでは放電用パルスの休止期間は漸減している。 図１０は、比較例の各種信号の説明図である。 図１１は、第１駆動信号（及び第２駆動信号）のパルス群の各パルスの説明図である。 図１２Ａは、生体抵抗Ｚを接続した状態で出力部３１から比較例の刺激信号を出力したときのグラフである。図１２Ｂは、図１２ＡのＦＦＴ解析結果のグラフである。
　後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
　生体に刺激信号を出力する出力部を備え、前記刺激信号は、プラス側に電位の立ち上がる複数のパルスから構成された正パルス群と、マイナス側に電位の立ち下がる複数のパルスから構成された負パルス群とが所定周期で交互に現れる信号であり、前記刺激信号の１周期を第１期間、第２期間、第３期間及び第４期間の４つの期間に分けたとき、前記正パルス群は、前記第１期間及び前記第２期間に現れ、前記第１期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第２期間では、前記第１期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記負パルス群は、前記第３期間及び前記第４期間に現れ、前記第３期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第４期間では、前記第３期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記刺激信号は、前記正パルス群の直前にプラス側に電位の立ち上がる放電用パルスと、前記負パルス群の直前にマイナス側に電位の立ち下がる放電用パルスとを有することを特徴とする生体刺激装置が明らかとなる。このような生体刺激装置によれば、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することができる。
　前記放電用パルスのパルス幅をＡとし、前記正パルス群又は前記負パルス群の最初のパルスのパルス幅をＢとしたとき、ＡはＢ以下に設定されていることが望ましい。これにより、放電用パルスによる生体への刺激を抑制できる。
　前記刺激信号は、複数の前記放電用パルスによって構成された放電用パルス群を有することが望ましい。これにより、余剰電荷の放電を促進できる。
　前記放電用パルス群を構成する複数の放電用パルスの周波数は、前記正パルス群又は前記負パルス群を構成する複数の前記パルスの周波数よりも高いことが望ましい。これにより、放電用パルス群による生体への刺激を抑制できる。
　前記刺激信号の周波数に応じて、前記放電用パルス群を構成する前記放電用パルスの数を変更可能であることが望ましい。これにより、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することができる。
　前記正パルス群と前記負パルス群との間の休止期間に応じて、前記放電用パルス群を構成する前記放電用パルスの数を変更可能であることが望ましい。これにより、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することができる。
　前記放電用パルス群は、少なくとも３個の前記放電用パルスから構成されており、前記放電用パルスの間の休止期間は、徐々に短くなるように設定されていることが望ましい。これにより、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することができる。
　生体に刺激信号を出力する生体刺激装置であって、出力トランスと、前記出力トランスの一次側に所定方向の電流を流すための第１スイッチと、前記出力トランスの一次側に前記所定方向とは逆方向の電流を流すための第２スイッチと、前記第１スイッチを駆動する第１駆動信号と、前記第２スイッチを駆動する第２駆動信号を生成する制御部と前記出力トランスの二次側において前記刺激信号を出力する出力部と、を備え、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、それぞれ、複数のパルスから構成されたパルス群が所定周期で現れる信号であり、１周期を第１期間、第２期間、第３期間及び第４期間の４つの期間に分けたとき、前記第１駆動信号の前記パルス群は、前記第１期間及び前記第２期間に現れ、前記第１期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第２期間では、前記第１期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記第２駆動信号の前記パルス群は、前記第３期間及び前記第４期間に現れ、前記第３期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第４期間では、前記第３期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、それぞれ、前記パルス群の直前に放電用パルスを有することを特徴とする生体刺激装置が明らかとなる。このような生体刺激装置によれば、擬似的な正弦波の波形の歪みを抑制することができる。
　＝＝＝第１実施形態＝＝＝
　＜基本構成＞
　図１は、本実施形態の生体刺激装置１の構成の説明図である。図中の符号Ｚは、生体（例えば人体）の抵抗である。生体抵抗Ｚの等価回路（図２Ｂ参照）については、後述する。
　生体刺激装置１は、出力部３１から出力される刺激信号によって生体に刺激を付与する装置である。刺激信号による電流が生体に流れることによって、神経が刺激され、筋肉が収縮・弛緩され、これにより生体に刺激が付与されることになる。一般的に、刺激信号の周波数が高いほど、生体のインピーダンスが小さくなり、筋刺激の感覚が小さくなる。例えば、百ｋＨｚ以上の高周波数においては、刺激信号による筋刺激はほとんど無くなる。一方、刺激信号の周波数が低いほど、生体のインピーダンスが大きくなり、刺激感が強くなる。刺激感の得られる低周波数の場合、刺激信号は、矩形波よりも正弦波の方が、刺激がソフトになる。
　生体刺激装置１は、出力トランス１０と、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２と、出力部３１と、制御部４０とを有する。
　出力トランス１０は、一次側巻線と二次側巻線との間で信号を変換する変換器（変圧器）である。出力トランス１０は、一次側に供給された電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、磁気エネルギーを二次側で電気エネルギーに再変換して刺激信号として出力する。
　出力トランス１０は、第１入力端子１１、第２入力端子１２、センタータップ１３、第１出力端子１４及び第２出力端子１５を有する。出力トランス１０の一次側には、第１入力端子１１、第２入力端子１２及びセンタータップ１３が設けられている。第１入力端子１１は、一次側巻線の一端側の端子である。第２入力端子１２は、一次側巻線の他端側（一次入力端子とは逆側）の端子である。センタータップ１３は、一次側巻線の中間点を引き出した端子である。出力トランス１０の二次側には、第１出力端子１４及び第２出力端子１５が設けられている。
　第１スイッチ２１は、出力トランス１０の一次側巻線にプラス方向（所定方向）の電流を流すためのスイッチである。第１スイッチ２１は、出力トランス１０の一次側巻線の一端側の第１入力端子１１に接続されている。第１スイッチ２１は、例えばＦＥＴであり、ソース接地されたＦＥＴのドレインが第１入力端子１１に接続され、ゲートに入力される信号に応じてオン・オフ（通電・休止）の制御が行われることになる。第１スイッチ２１がオンになると一次側巻線にプラス方向の電流が流れる。第１スイッチ２１がオフになると、このプラス方向の電流が遮断される。
　第２スイッチ２２は、出力トランス１０の一次側巻線にマイナス方向（前記所定方向とは逆方向）の電流を流すためのスイッチである。第２スイッチ２２は、出力トランス１０の一次側巻線の他端側（第１スイッチ２１が接続された側とは逆側）の第２入力端子１２に接続されたスイッチである。第２スイッチ２２も、第１スイッチ２１と同様に、例えばＦＥＴであり、ソース接地されたＦＥＴのドレインが第２入力端子１２に接続され、ゲートに入力される信号に応じてオン・オフが行われることになる。第２スイッチ２２がオンになると一次側巻線にマイナス方向の電流が流れる。第２スイッチ２２がオフになると、このマイナス方向の電流が遮断される。
　出力部３１は、生体に刺激信号を出力する電極である。出力部３１は、出力トランス１０の二次側巻線の第１出力端子１４及び第２出力端子１５にそれぞれ接続されている。出力部３１は、生体に接触させる導子（例えば粘着パッド、吸引パッド、金属棒状若しくはグローブ状の形態をした導子）に内蔵されており、導子を介して生体に刺激信号を出力する。
　制御部４０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２の駆動を制御する部分（コントローラー）である。つまり、制御部４０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２を介して出力トランス１０への入力を制御している。また、制御部４０は、出力トランス１０の一次側巻線のセンタータップ１３の電圧を制御することも行っている。制御部４０は、不図示の記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、後述する各種処理を実行する。ここでは、制御部４０は、処理装置４１と、電圧設定部４２と、駆動信号生成部４３とを有する。
　処理装置４１は、例えばＣＰＵやＭＰＵなどの処理装置４１である。処理装置４１は、設定電圧を指示するための設定信号を電圧設定部４２に出力する。また、処理装置４１は、第１駆動信号や第２駆動信号の生成を指示するための指示信号を駆動信号生成部４３に出力する。
　電圧設定部４２は、出力トランス１０のセンタータップ１３の電圧（設定電圧）を設定する部位（回路）である。ここでは、電圧設定部４２は、Ｄ／Ａコンバーター４２Ａとアンプ４２Ｂとを有する。Ｄ／Ａコンバーター４２Ａは、処理装置４１から入力された信号に応じた電圧を出力し、アンプ４２Ｂは、Ｄ／Ａコンバーター４２Ａからの出力電圧を増幅してセンタータップ１３の電圧を設定する。処理装置４１からの設定信号が変更されると、出力トランス１０のセンタータップ１３の設定電圧が変更され、刺激信号の電圧が調整されることになる。なお、電圧設定部４２は、センタータップ１３に出力する設定電圧を可変に構成するのではなく、一定の電圧を出力するように構成しても良い。
　駆動信号生成部４３は、第１駆動信号及び第２駆動信号を生成する信号生成部（回路）である。駆動信号生成部４３は、第１駆動信号を第１スイッチ２１（詳しくはＦＥＴである第１スイッチ２１のゲート）に出力し、第２駆動信号を第２スイッチ２２（詳しくはＦＥＴである第２スイッチ２２のゲート）に出力する。なお、駆動信号生成部４３を設けずに、処理装置４１が第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２に第１駆動信号及び第２駆動信号を出力するように制御部４０を構成しても良い。
　＜比較例＞
　まず、本実施形態について説明する前に、比較例について説明する。
　図１０は、比較例の各種信号の説明図である。図中の横軸は、時間を示しており、縦軸は電圧を示している。図中の各種信号は、上から順に、設定電圧、第１駆動信号、第２駆動信号、及び、説明用の仮想的な刺激信号である。
　設定電圧は、出力トランス１０のセンタータップ１３の電圧（電位）である。ここでは設定電圧はＶ１であるが、制御部４０は設定電圧Ｖ１を変更可能であり、これにより、刺激信号の強度（Ｖ２）を調整可能である。
　第１駆動信号は、第１スイッチ２１を駆動するための信号（駆動信号、スイッチ制御信号）である。第１駆動信号がＨレベルのとき、第１スイッチ２１がオンになり、出力トランス１０の第１入力端子１１とセンタータップ１３の間の一次側巻線に設定電圧がかかり、一次側巻線にプラス方向（所定方向）の電流が流れる（通電）。第１駆動信号がＬレベルのとき、第１スイッチ２１がオフになり、プラス方向の電流が遮断される（休止）。
　第２駆動信号は、第２スイッチ２２を駆動するための信号である。第２駆動信号がＨレベルのとき、第２スイッチ２２がオンになり、出力トランス１０の第２入力端子１２とセンタータップ１３の間の一次側巻線に設定電圧がかかり、一次側巻線にマイナス方向（前記所定方向とは逆方向）の電流が流れる。第２駆動信号がＬレベルのとき、第２スイッチ２２がオフになり、マイナス方向の電流が遮断される。
　第１駆動信号及び第２駆動信号は、それぞれ、複数のパルスから構成されたパルス群（後述する正弦波用パルス群に相当）が所定周期毎に現れる信号である。第１駆動信号及び第２駆動信号のパルス群はＰＷＭ信号として構成されており、パルス群を構成する各パルスは、所定のデューティに調整されたパルス幅に設定されている。パルス群の周期は比較的長いのに対し（低周波数）、パルス群を構成する複数のパルスの周期は比較的短い。第１駆動信号のパルス群と、第２駆動信号のパルス群は、交互に発生する。このため、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２は、高周波のスイッチング動作を交互に行うことになる。なお、第１駆動信号のパルス群の通電期間と第２駆動信号のパルス群の通電期間は重複せず、一方の駆動信号のパルス群の通電期間のとき、他方の駆動信号は休止期間となる。言い換えると、第１駆動信号と第２駆動信号は、互いに位相が１８０度ずれている。
　以下の説明では、第１駆動信号（又は第２駆動信号）の１サイクル分の期間（１周期）を４等分し、それぞれ第１期間～第４期間と呼ぶことがある。第１期間及び第２期間は、第１駆動信号のパルス群の通電期間であるとともに、第２駆動信号の休止期間である。また、第３期間及び第４期間は、第１駆動信号の休止期間であるとともに、第２駆動信号のパルス群の通電期間である。
　第１駆動信号のパルス群を構成する複数のパルスは、第１期間（第１駆動信号の通電期間の前半）ではパルス幅が徐々に広がり（デューティが徐々に増加し）、第２期間（第１駆動信号の通電期間の後半）ではパルス幅が徐々に狭まる（デューティが徐々に減少する）。また、第１期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように、第２期間でパルス幅が時間変化する。
　また、第２駆動信号のパルス群を構成する複数のパルスは、第３期間（第２駆動信号の通電期間の前半）ではパルス幅が徐々に広がり、第４期間（第２駆動信号の通電期間の後半）ではパルス幅が徐々に狭まる。また、第３期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように、第４期間でパルス幅が時間変化する。なお、第３期間における第２駆動信号のパルス幅の時間変化は、第１期間における第１駆動信号のパルス幅の時間変化と共通である。また、第４期間における第２駆動信号のパルス幅の時間変化は、第２期間における第１駆動信号のパルス幅の時間変化と共通である。
　図１１は、第１駆動信号（及び第２駆動信号）のパルス群の各パルスの説明図である。
　例えば、駆動信号生成部４３は、比較器（不図示）を有しており、この比較器には、図中上側のグラフに示す正弦波信号と三角波信号とがそれぞれ入力されている。ここで、図中の正弦波信号は、第１駆動信号（又は第２駆動信号）のパルス群の周期と同じ周期である。また、三角波信号は、ここでは正弦波信号の１０倍の周波数としている（但し、１０倍に限られるものではない）。比較器は、正弦波信号よりも三角波信号の電圧が高いとき（若しくは低いとき）、第１駆動信号（若しくは第２駆動信号）の電圧をＬレベルとする。また、比較器は、正弦波信号よりも三角波信号の電圧が低いとき（若しくは高いとき）、第１駆動信号（若しくは第２駆動信号）の電圧をＨレベルとする。これにより、比較器から、図中下側に示す第１駆動信号が出力される。なお、正弦波信号の頂部付近において短い休止期間（Ｌレベルの信号）が生成されるが、このような短い休止期間は殆ど寄与しないので、このような短い休止期間は削除されて、幅の広いパルスが生成されている。但し、このような短い休止期間が第１駆動信号（若しくは第２駆動信号）に再現されても良い。
　このような第１駆動信号によれば、第１期間ではパルス幅が徐々に広がり、第２期間ではパルス幅が徐々に狭まることになる。また、第１期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように、第２期間でパルス幅が時間変化することになる。
　なお、ここでは、駆動信号生成部４３が比較器を有するものとして第１駆動信号（及び第２駆動信号）の構成を説明したが、駆動信号生成部４３は、比較器を有しなくても良い。例えば、パルス幅の時間変化に関するデータが予め記憶されており、このデータに基づく時間幅のパルスを順次生成することによって第１駆動信号（及び第２駆動信号）が生成されても良い。
　図１０の仮想的な刺激信号は、生体のリアクタンス特性による波形の歪みの無い状態の信号である。容量成分や誘導成分を含まない抵抗（例えば５００Ω）を出力部３１に接続した場合、出力部３１からほぼ仮想的な刺激信号が出力されることになる。
　図示するように、刺激信号には、プラス側のパルス群（正パルス群）とマイナス側のパルス群（負パルス群）とが所定周期で交互に現れる。
　正パルス群は、プラス側に電位の立ち上がる複数のパルスから構成されたパルス群である。正パルス群は、第１駆動信号のパルス群によって生成される。すなわち、正パルス群は、第１駆動信号によって第１スイッチ２１がオン・オフすることによって、出力トランス１０の第１入力端子１１とセンタータップ１３の間の一次側巻線にプラス方向（所定方向）の電流が流れることによって生成される。
　負パルス群は、マイナス側に電位の立ち下がる複数のパルスから構成されたパルス群である。負パルス群は、第２駆動信号のパルス群によって生成される。すなわち、負パルス群は、第２駆動信号によって第２スイッチ２２がオン・オフすることによって、出力トランス１０の第２入力端子１２とセンタータップ１３の間の一次側巻線にマイナス方向（前記所定方向とは逆方向）の電流が流れることによって生成される。
　以下の説明では、第１駆動信号の第１期間～第４期間と同様に、刺激信号の１サイクル分の期間（１周期）を４等分し、それぞれ第１期間～第４期間と呼ぶことがある。刺激信号の正パルス群は、第１期間及び第２期間に現れ、負パルス群は、第３期間及び第４期間に現れることになる。
　図中の仮想的な刺激信号は、波形の歪みの無い状態であり、パルス群の包絡線は低周波数の矩形状（矩形パルス状）になる。但し、出力部３１の出力先となる生体は、コンデンサのような容量性を有しており、生体の容量性の作用によって矩形が歪み、これにより、擬似的な正弦波を形成することができる。以下、この点について説明する。
　図２Ａは、生体組織内における電流の流れ方の説明図である。図２Ｂは、生体抵抗Ｚの等価回路の説明図である。
　生体組織内を流れる電流は、周波数によって流れる経路が異なると考えられる。周波数の低い電流は、細胞膜を透過できないために、細胞の外の細胞外液を流れることになる。周波数が高くなると、電流は細胞膜を透過するようになり、細胞内（細胞膜及び細胞内液）にも電流が流れることになる。図２Ｂに示すように、細胞外液及び細胞内液は抵抗成分（レジスタンス）と考えることができ、細胞膜は容量成分（リアクタンス）と考えることができる。
　図１２Ａは、生体抵抗Ｚを接続した状態で出力部３１から比較例の刺激信号を出力したときのグラフ（シミュレーション結果）である。グラフの横軸は時間を示しており、縦軸は出力部３１の間の電圧を示している。なお、周波数は２７００Ｈｚ（１サイクルは約３７０μｓ）である。図１２Ｂは、図１２ＡのＦＦＴ解析結果のグラフである。ここでは、細胞膜の静電容量を１μ（Ｆ）とし、細胞外液抵抗を２ｋ（Ω）としている。また、グラフの太実線、点線、細実線では、それぞれ細胞内液抵抗が異なっており、それぞれ１（Ω）、４１（Ω）、１００（Ω）である。なお、生体に近い細胞内液抵抗は４１Ωであるが、疑似正弦波の歪みの現象を説明するために、ここでは細胞内液抵抗が１Ωの場合を図示している。
　図１２Ａに示すように、生体抵抗Ｚに容量成分が含まれることによって、刺激信号の電圧（細胞内液抵抗が４１Ωの場合、刺激信号の電圧の包絡線）は、正パルス群の現れる第１期間及び第２期間に徐々に増加し、負パルス群の現れる第３期間及び第４期間に徐々に減少する。生体抵抗Ｚに容量成分が含まれることによって、容量成分は、正パルス群の現れる第２期間に充電され、負パルス群の現れる第３期間に放電されることになる。また、容量成分は、負パルス群の現れる第４期間に逆側に充電され、正パルス群の現れる第１期間に放電されることになる。
　なお、第１期間ではパルス幅が徐々に広がるため、第１期間では刺激信号の電圧変化（グラフの傾き）が徐々に急になり、第２期間ではパルス幅が徐々に狭まるため、第２期間では刺激信号の電圧変化が徐々に緩くなる。また、第３期間及び第４期間においても、第３期間ではパルス幅が徐々に広がるため、第３期間では刺激信号の電圧変化が徐々に急になり、第４期間ではパルス幅が徐々に狭まるため、第４期間では刺激信号の電圧変化が徐々に緩くなる。この結果、生体の容量性の作用によって歪んだ刺激信号は、正弦波に近似した波形になる。
　また、上記の説明において、第１期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように第２期間でパルス幅を時間変化させ、第３期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように第４期間でパルス幅を時間変化させていたのは、歪んだ刺激信号を正弦波に近似させるためである。また、第１期間におけるパルス幅の時間変化と、第３期間における第２駆動信号のパルス幅の時間変化とを共通にさせ、第２期間における第１駆動信号のパルス幅の時間変化と、第４期間における第２駆動信号のパルス幅の時間変化とを共通にさせていたのも、歪んだ刺激信号を正弦波に近似させるためである。
　＜比較例における疑似正弦波の歪みについて＞
　ところで、図２Ｂに示す等価回路からすると、容量性素子への充電時には、容量性素子（細胞膜）に対して直列に配置された細胞内液の抵抗成分が影響することになる。一方、容量性素子の放電時には、細胞内液と細胞外液とで合成された抵抗成分が影響することになる。つまり、生体のリアクタンス特性には、充填抵抗と放電抵抗に違いがあることになる。この結果、容量性素子に対する充電は比較的速くなるのに対し、放電は比較的遅くなることになる。
　このような容量性素子の充放電のバランスに偏りがあるため、図１２Ａの楕円で囲んだ領域に示すように、疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の付近において、電圧一定の期間が長くなるという現象が生じている（図１２Ａのグラフの楕円内において、水平な直線部が比較的長くなっている）。この結果、比較例では、図１２Ａのグラフの楕円内において疑似正弦波（刺激信号）の波形が歪んだ状態になり、図１２Ｂに示すように、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）が比較的大きくなる。但し、生体に与える刺激をソフトにさせるためには、正弦波の歪みを抑制することが望ましく（刺激信号の波形をより正弦波に近づけることが望ましく）、第三次高調波を抑制させることが望ましい。
　なお、図１２Ａの楕円で囲んだ領域は、細胞内液抵抗が１Ωの場合のグラフに対するものであるが、細胞内液抵抗が４１Ω（生体に近い抵抗）の場合においても、同様に、疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の付近において、電圧一定の期間が長くなるという現象が生じている。また、図１２Ｂに示すように、細胞内液抵抗が４１Ω（生体に近い抵抗）の場合においても、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）が比較的大きくなっている。
　そこで、本実施形態では、比較的遅くなってしまう放電を促進させるように、放電用パルスを生成している。以下、放電用パルスについて説明する。
　＜本実施形態の放電用パルスについて＞
　図３は、第１実施形態の各種信号の説明図である。図中の横軸は、時間を示しており、縦軸は電圧を示している。図中の各種信号は、上から順に、設定電圧、第１駆動信号、第２駆動信号、及び、仮想的な刺激信号である。
　本実施形態の第１駆動信号は、正弦波用パルス群と、放電用パルスとを有する。また、第２駆動信号も、正弦波用パルス群と、放電用パルスとを有する。なお、第１駆動信号と第２駆動信号は、互いに位相が１８０度ずれている。
　第１駆動信号の正弦波用パルス群は、比較例の第１駆動信号と同様のパルス群である。このため、第１駆動信号の正弦波用パルス群を構成する複数のパルスは、第１期間（第１駆動信号の通電期間の前半）ではパルス幅が徐々に広がり（デューティが徐々に増加し）、第２期間（第１駆動信号の通電期間の後半）ではパルス幅が徐々に狭まる（デューティが徐々に減少する）。また、第１期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように、第２期間でパルス幅が時間変化する。このため、図中の第１駆動信号のグラフ上において、正弦波用パルス群（放電用パルスは含まない）に着目すると、第１期間のパルス群と第２期間のパルス群の波形が、第１期間と第２期間の境界線で線対称である。
　第２駆動信号の正弦波用パルス群は、比較例の第２駆動信号と同様のパルス群である。このため、第２駆動信号の正弦波用パルス群を構成する複数のパルスは、第３期間（第２駆動信号の通電期間の前半）ではパルス幅が徐々に広がり、第４期間（第２駆動信号の通電期間の後半）ではパルス幅が徐々に狭まる。また、第３期間におけるパルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように、第４期間でパルス幅が時間変化する。このため、図中の第２駆動信号のグラフ上において、正弦波用パルス群（放電用パルスは含まない）に着目すると、第３期間のパルス群と第４期間のパルス群の波形が、第１期間と第２期間の境界線で線対称である。なお、第３期間における第２駆動信号のパルス幅の時間変化は、第１期間における第１駆動信号のパルス幅の時間変化と共通である。また、第４期間における第２駆動信号のパルス幅の時間変化は、第２期間における第１駆動信号のパルス幅の時間変化と共通である。
　第１駆動信号及び第２駆動信号の放電用パルスは、正弦波用パルス群の最初のパルスの直前のパルスであり、生体の容量成分に蓄えられた電荷の放電を促進させるためのパルスである。第１駆動信号の放電用パルスは、第１期間に生成されるパルスであり、第４期間に容量成分に充電された電荷を放電させるためのパルスとなる。第２駆動信号の放電用パルスは、第３期間に生成されるパルスであり、第２期間に容量成分に充電された電荷を放電させるためのパルスとなる。なお、第１駆動信号の放電用パルスは、刺激信号の放電用正パルスを生成するための信号であり、第２駆動信号の放電用パルスは、刺激信号の放電用負パルスを生成するための信号である。図中の第１駆動信号のグラフ上において、正弦波用パルス群及び放電用パルスの全体のパルス群に着目すると、放電用パルスが第１期間だけに形成されているため、第１期間のパルス群と第２期間のパルス群の波形は非対称となる。同様に、図中の第２駆動信号のグラフ上において、正弦波用パルス群及び放電用パルスの全体のパルス群に着目すると、放電用パルスが第３期間だけに形成されているため、第４期間のパルス群と第５期間のパルス群の波形は非対称となる。
　第１駆動信号（及び第２駆動信号）の放電用パルスのパルス幅をＡとし、正弦波用パルス群の最初のパルスのパルス幅をＢとしたとき、放電用パルスのパルス幅Ａは、正弦波用パルス群の最初のパルスのパルス幅Ｂ以下に設定されている（Ａ≦Ｂ）。ここでは、放電用パルスのパルス幅Ａ（及び放電用パルスの休止幅Ａ’）は２μｓであるのに対し、正弦波用パルス群の最初のパルスのパルス幅Ｂは３μｓに設定されている。パルス幅が短くなるほど生体が刺激を感じ難くなるため（高周波数のパルスは低周波数のパルスと比べて生体が刺激を感じにくいため）、パルス幅Ａをパルス幅Ｂ以下に設定することによって、放電用パルスによる生体への刺激を抑制できる。
　本実施形態では、第１駆動信号（及び第２駆動信号）は、複数の放電用パルスを有している。放電用パルスのパルス幅が短い場合、１回の放電用パルスでは放電量が小さくなってしまうが、複数の放電用パルスを生成することによって、余剰電荷の放電を促進させることができる。なお、第１実施形態では、第１駆動信号の放電用パルス群は、３つの放電用パルスから構成されているが、放電用パルスの数はこれに限られるものではない。また、後述するように、条件に応じて放電用パルスの数を変更しても良い。
　また、本実施形態では、第１駆動信号（及び第２駆動信号）の放電用パルス群（複数の放電用パルス）の周波数は、正弦波用パルス群の周波数（ＰＷＭ周波数、例えば図１１の三角波信号の周波数）よりも高くなるように設定されている。これにより、放電用パルス群による生体への刺激を抑制できる。
　図３の仮想的な刺激信号は、生体のリアクタンス特性による波形の歪みの無い状態の信号である。容量成分や誘導成分を含まない抵抗（例えば５００Ω）を出力部３１に接続した場合、出力部３１からほぼ仮想的な刺激信号が出力されることになる。
　図示するように、本実施形態の仮想的な刺激信号においても、比較例の場合と同様に、疑似正弦波を生成するための正パルス群と負パルス群とが所定周期で交互に現れる。また、本実施形態では、正パルス群の直前にプラス側の放電用パルス（放電用正パルス）が生成され、負パルス群の直前にマイナス側の放電用パルス（放電用負パルス）が生成される。放電用正パルスは、刺激信号の第１期間に生成され、第４期間に負パルス群によって容量成分に充電された電荷を放電させるためのパルスである。放電用負パルスは、刺激信号の第３期間に生成され、第２期間に正パルス群によって容量成分に充電された電荷を放電させるためのパルスである。
　刺激信号の放電用パルス（放電用正パルス又は放電用負パルス）のパルス幅をＡとし、正パルス群（又は負パルス群）の最初のパルスのパルス幅をＢとしたとき、パルス幅Ａは、パルス幅Ｂ以下に設定されている（Ａ≦Ｂ）。ここでは、パルス幅Ａ（及び休止幅Ａ’）は２μｓであるのに対し、パルス幅Ｂは３μｓに設定されている。パルス幅が短くなるほど生体が刺激を感じ難くなるため（高周波数のパルスは低周波数のパルスと比べて生体が刺激を感じにくいため）、パルス幅Ａをパルス幅Ｂ以下に設定することによって、放電用パルスによる生体への刺激を抑制できる。
　図４Ａは、生体抵抗Ｚを接続した状態で出力部３１から第１実施形態の刺激信号（図３参照）を出力したときのグラフ（シミュレーション結果）である。グラフの横軸は時間を示しており、縦軸は出力部３１の間の電圧を示している。なお、周波数は、比較例と同様に、２７００Ｈｚ（１サイクルは約３７０μｓ）である。また、比較例と同様に、細胞膜の静電容量を１μ（Ｆ）とし、細胞外液抵抗を２ｋ（Ω）としている。また、グラフの太実線、点線、細実線では、それぞれ細胞内液抵抗が異なっており、それぞれ１（Ω）、４１（Ω）、１００（Ω）である。
　図４Ａに示すように、生体の容量性の作用によって歪んだ刺激信号は、比較例とほぼ同様に、正弦波に近似した波形になる。また、図中の楕円で囲んだ領域に示すように、本実施形態では、疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の付近において、電圧一定の期間が短くなっている。これは、第１期間や第３期間に刺激信号の放電用パルス（放電用正パルスや放電用負パルス）が印加されることによって、放電を促進されたためである。この結果、疑似正弦波の波形が、より正弦波に近づいた状態になり、生体に与える刺激をソフトにさせることができる。
　図４Ｂは、図４ＡのＦＦＴ解析結果のグラフである。本実施形態では、疑似正弦波の波形が比較例と比べて正弦波に近づいた状態になり、図４Ｂに示すように、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）が比較例と比べて約６ｄＢ（電力で約１／４以下）ほど低減している。このＦＦＴ解析結果からしても、本実施形態の放電用パルスによって、疑似正弦波（刺激信号）の波形の歪みを抑制できたことが確認できる。このＦＦＴ解析結果においても、本実施形態によって生体に与える刺激をソフトにさせることが確認できる。
　＝＝＝第２実施形態＝＝＝
　生体に同じ刺激を付与し続けると、その刺激に対して生体が慣れてしまい、生体が刺激を感じにくくなる。そこで、生体に付与する刺激を変化させるために、刺激信号の周波数を変更することがある。
　図５は、第２実施形態の仮想的な刺激信号の説明図である。図中には、周波数を変更した場合の各種信号の１サイクル分の波形が示されている。ここでは、周波数を減少させた場合を想定し、周波数変更後の周期Ｔ２は、周波数変更前の周期Ｔ１よりも長くなっている。
　周波数を変更した場合、仮想信号における正パルス群と負パルス群との間の休止期間も変化する。なお、第１駆動信号や第２駆動信号の正弦波用パルス群の波形を変えずに、その周期を変えることによって仮想信号の周波数を変更した場合には、当然、仮想信号における正パルス群と負パルス群との間の休止期間が変化することになる。ここでは、図中の周波数変更後における正パルス群の最後のパルスから負パルス群の最初のパルスまでの期間Ｌ２は、周波数変更前における正パルス群の最後のパルスから負パルス群の最初のパルスまでの期間Ｌ１よりも長くなっている。また、周波数変更後における負パルス群の最後のパルスから正パルス群の最初のパルスまでの期間Ｌ２も、周波数変更前における負パルス群の最後のパルスから正パルス群の最初のパルスまでの期間Ｌ１よりも長くなる。
　ところで、既に説明したように、仮に放電用パルスを挿入しない場合、疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の付近において、電圧一定の期間が長くなる現象が生じ、この結果、疑似正弦波の波形が歪むことになる。疑似正弦波の頂点の電圧一定の期間は、正パルス群と負パルス群との間の休止期間に生じるため、正パルス群と負パルス群との間の休止期間が長くなると（周波数が低くなると）、疑似正弦波の波形の歪みが顕著になる。
　そこで、第２実施形態では、周波数が変更されたとき、若しくは正パルス群と負パルス群との間の休止期間が変更されたとき、放電用パルス群における放電用パルスの数を変更している。図５に示す例では、周波数が低くなったとき、若しくは正パルス群と負パルス群との間の休止期間が長くなったとき、放電用パルス群における放電用パルスの数を３個から４個に増やしている。また、周波数が低くなったとき、若しくは正パルス群と負パルス群との間の休止期間が長くなったとき、放電用パルス群の期間をＮ１からＮ２に長くしている。
　図６Ａ及び図６Ｂは、生体抵抗Ｚを接続した状態で２５００Ｈｚの刺激信号を出力部３１から出力したときのグラフ（シミュレーション結果）である。各グラフの横軸は時間を示しており、縦軸は出力部３１の間の電圧を示している。図６Ａは放電用パルス群が３個の放電用パルスで構成されたときのグラフであり、図６Ｂは放電用パルス群が４個の放電用パルスで構成されたときのグラフである。なお、放電用パルスのパルス幅（Ａ）は２μｓであり、休止期間（Ａ’）は２μｓである。放電用パルスが４個の場合の方が３個の場合よりも、疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の付近において電圧一定の期間が短くなっている。不図示であるが、図６Ａ及び図６Ｂのそれぞれの刺激信号に対するＦＦＴ解析結果によれば、放電用パルスが４個の場合の方が３個の場合よりも、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）は約２ｄＢほど低減していた。なお、放電用パルスを５個に増やすと（図８Ａ参照）、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）が悪化したため、２５００Ｈｚの刺激信号では、最適な放電用パルスの数は４個であった。
　図７Ａ及び図７Ｂは、生体抵抗Ｚを接続した状態で２７００Ｈｚの刺激信号を出力部３１から出力したときのグラフ（シミュレーション結果）である。各グラフの横軸は時間を示しており、縦軸は出力部３１の間の電圧を示している。図７Ａは放電用パルス群が２個の放電用パルスで構成されたときのグラフであり、図７Ｂは放電用パルス群が３個の放電用パルスで構成されたときのグラフである。なお、放電用パルスのパルス幅（Ａ）は２μｓであり、休止期間（Ａ’）は２μｓである。不図示であるが、図７Ａ及び図７Ｂのそれぞれの刺激信号に対するＦＦＴ解析結果によれば、放電用パルスが３個の場合の方が２個の場合よりも、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）は約２ｄＢほど低減していた。なお、放電用パルスを３個よりも増やすと、第三次高調波（８．１ｋＨｚ）が悪化したため、２７００Ｈｚの刺激信号では、最適な放電用パルスの数は３個であった。
　上記の通り、最適な放電用パルスの数は、２５００Ｈｚの刺激信号では４個であるのに対し、２７００Ｈｚの刺激信号では３個であった。このように、周波数が変更されたとき（若しくは正パルス群と負パルス群との間の休止期間が変更されたとき）、放電用パルス群における放電用パルスの数を変更することが有効である。詳しくは、周波数が低くなったとき（若しくは正パルス群と負パルス群との間の休止期間が長くなったとき、周期が長くなったとき）、放電用パルス群における放電用パルスの数を増やすことが有効である（放電用パルス群の期間を長くすることが有効である）。
　＝＝＝第３実施形態＝＝＝
　理想的な正弦波の電圧波形では、最高電位点に達した直後に電圧が降下するとき、電圧変化（傾き）が徐々に急になるように電位が降下することになる。同様に、理想的な正弦波の電圧波形では、最低電位点の後、電圧変化（傾き）が徐々に急になるように電位が上昇することになる。このため、放電用パルス群によって疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）における電圧一定の波形（歪んだ波形）を正弦波に近づけるときも、電圧変化（傾き）が徐々に急になることが望ましい。
　図８Ａは、参考例の仮想的な刺激信号の説明図である。参考例の刺激信号では、放電用パルス群を構成する複数の放電用パルスが等間隔で配置されている。言い換えると、参考例の刺激信号では、放電用パルスの間の休止期間が一定である。
　図８Ｂは、第３実施形態の説明図である。第３実施形態の刺激信号では、放電用パルス群を構成する放電用パルスが少なくとも３個あり、放電用パルスの間の休止期間が少なくとも２箇所ある。そして、第３実施形態では、放電用パルス群の放電用パルス間の休止期間は、徐々に短くなるように設定されている。これにより、第３実施形態では、放電用パルス群の通電期間の前半よりも後半において放電をより促進させることができる。
　図９Ａ及び図９Ｂは、生体抵抗Ｚを接続した状態で刺激信号を出力部３１から出力したときのグラフ（シミュレーション結果）である。各グラフの横軸は時間を示しており、縦軸は出力部３１の間の電圧を示している。放電用パルス群は５個の放電用パルスで構成されており、放電用パルスのパルス幅（Ａ）は２μｓである。図９Ａでは、放電用パルスの休止期間は２μｓであり、一定である。これに対し、図９Ｂでは、放電用パルス群の放電用パルス間の休止期間は、徐々に短くなるように設定されている。この結果、図９Ｂの方が、図９Ａよりも、疑似正弦波の頂点（最高電位点又は最低電位点）の後の電圧が徐々に急になるように滑らかに変化している。言い換えると、図９Ｂの方が、疑似正弦波の波形が、より正弦波に近づいた状態になり、生体に与える刺激をソフトにさせることができる。
　ところで、放電用パルスを挿入しない場合における疑似正弦波の頂点付近の電圧一定期間が長いほど、第３実施形態の効果が得られやすいと考えられる。このため、周波数が低くなったとき（若しくは正パルス群と負パルス群との間の休止期間が長くなったとき）、放電用パルス群の放電用パルス間の休止期間を徐々に短く設定するようにしても良い。つまり、周波数に応じて、放電用パルス群の放電用パルス間の休止期間を一定にする設定と、徐々に短くする設定とを切り替えても良い。
　＝＝＝その他＝＝＝
　上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
　＜出力トランス１０について＞
　上記の実施形態では、第１スイッチ２１が出力トランスの一次側巻線の一端側に接続されており、第２スイッチ２２が出力トランス１０の一次側巻線の他端側に接続されており、出力トランス１０のセンタータップ１３に所定の電圧Ｖ１が印加されているため、一次側巻線の分割が不要であり、安価な出力トランス１０を利用可能である。但し、出力トランス１０の一次側巻線が２つに分割されていても良い。
　また、上記の実施形態では、図１に示す構成によって、出力部３１から刺激信号を生体に出力していた。但し、上記の実施形態で説明したような刺激信号を出力部から出力できるのであれば、このような構成に限られるものではない。
１　生体刺激装置、１０　出力トランス、
１１　第１入力端子、１２　第２入力端子、１３　センタータップ、
１４　第１出力端子、１５　第２出力端子、
２１　第１スイッチ、２２　第２スイッチ、
３１　出力部（導子）、４０　制御部、
４１　処理装置、４２　電圧設定部、
４２Ａ　Ｄ／Ａコンバーター、４２Ｂ　アンプ、
４３　駆動信号生成部、
Ｚ　人体抵抗

Claims (8)

  1. 　生体に刺激信号を出力する出力部を備え、
    　前記刺激信号は、プラス側に電位の立ち上がる複数のパルスから構成された正パルス群と、マイナス側に電位の立ち下がる複数のパルスから構成された負パルス群とが所定周期で交互に現れる信号であり、
    　前記刺激信号の１周期を第１期間、第２期間、第３期間及び第４期間の４つの期間に分けたとき、
    　　　　前記正パルス群は、前記第１期間及び前記第２期間に現れ、前記第１期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第２期間では、前記第１期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、
    　　　　前記負パルス群は、前記第３期間及び前記第４期間に現れ、前記第３期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第４期間では、前記第３期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、
    　前記刺激信号は、前記正パルス群の直前にプラス側に電位の立ち上がる放電用パルスと、前記負パルス群の直前にマイナス側に電位の立ち下がる放電用パルスとを有する
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  2. 　請求項１に記載の生体刺激装置であって、
    　前記放電用パルスのパルス幅をＡとし、前記正パルス群又は前記負パルス群の最初のパルスのパルス幅をＢとしたとき、ＡはＢ以下に設定されている
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の生体刺激装置であって、
    　前記刺激信号は、複数の前記放電用パルスによって構成された放電用パルス群を有する
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  4. 　請求項３に記載の生体刺激装置であって、
    　前記放電用パルス群を構成する複数の放電用パルスの周波数は、前記正パルス群又は前記負パルス群を構成する複数の前記パルスの周波数よりも高い
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  5. 　請求項３に記載の生体刺激装置であって、
    　前記刺激信号の周波数に応じて、前記放電用パルス群を構成する前記放電用パルスの数を変更可能である
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  6. 　請求項３に記載の生体刺激装置であって、
    　前記正パルス群と前記負パルス群との間の休止期間に応じて、前記放電用パルス群を構成する前記放電用パルスの数を変更可能である
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  7. 　請求項３に記載の生体刺激装置であって、
    　前記放電用パルス群は、少なくとも３個の前記放電用パルスから構成されており、
    　前記放電用パルスの間の休止期間は、徐々に短くなるように設定されている
    ことを特徴とする生体刺激装置。
  8. 　生体に刺激信号を出力する生体刺激装置であって、
    　出力トランスと、
    　前記出力トランスの一次側に所定方向の電流を流すための第１スイッチと、
    　前記出力トランスの一次側に前記所定方向とは逆方向の電流を流すための第２スイッチと、
    　前記第１スイッチを駆動する第１駆動信号と、前記第２スイッチを駆動する第２駆動信号を生成する制御部と
    　前記出力トランスの二次側において前記刺激信号を出力する出力部と、
    を備え、
    　前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、それぞれ、複数のパルスから構成されたパルス群が所定周期で現れる信号であり、
    　１周期を第１期間、第２期間、第３期間及び第４期間の４つの期間に分けたとき、
    　　　　前記第１駆動信号の前記パルス群は、前記第１期間及び前記第２期間に現れ、前記第１期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第２期間では、前記第１期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、
    　　　　前記第２駆動信号の前記パルス群は、前記第３期間及び前記第４期間に現れ、前記第３期間では、パルス幅が徐々に広がり、前記第４期間では、前記第３期間における前記パルス幅の時間変化とは逆の時間変化をたどるように前記パルス幅が徐々に狭まり、
    　前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、それぞれ、前記パルス群の直前に放電用パルスを有する
    ことを特徴とする生体刺激装置。
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