特開 2024-159361 クロス方式電流駆動型ＥＭＳ高周波・低周波治療器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159361

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】クロス方式電流駆動型ＥＭＳ高周波・低周波治療器

(51)【国際特許分類】

   A61N 1/36 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

A61N1/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2023082615

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】595130115

【氏名又は名称】米田 勉

(71)【出願人】

【識別番号】523184146

【氏名又は名称】高橋 義博

(71)【出願人】

【識別番号】523182407

【氏名又は名称】本吉 和征

(72)【発明者】

【氏名】米田 勉

【テーマコード（参考）】

4C053

【Ｆターム（参考）】

4C053JJ01

4C053JJ02

4C053JJ05

4C053JJ24

4C053JJ40

(57)【要約】

【課題】高周波・低周波治療器およびＥＭＳの電圧駆動型は印加電圧と人体抵抗により人体に流れる電流は制限され電流を増やすことができない難点があり、電流を増やす場合は電圧を上げるしか方法がないが、電流駆動型は人体抵抗の影響を受けず自在な電流を流すことが可能となる。
【解決手段】流す電流を指定する強弱電圧を外部電源電圧まで増幅できる増幅器の出力をコンパレータを用いた電圧電流変換器により、人体に流したい電流を自在に可変できる高周波・低周波治療器およびＥＭＳ。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波・低周波治療器およびＥＭＳにおいて、特定周波数を発生する手段と、発生した特定周波数からプラス電圧とマイナス電圧を出力する手段と、プラス電圧とマイナス電圧を出力する際に外部からの指令でプラス電圧とマイナス電圧の電圧値を可変する手段と、可変されたプラス電圧とマイナス電圧をプラス電流とマイナス電流に変換する手段と、変換された電流を特定周波数の周期ごとにプラス電流とマイナス電流を交互に入れ替える手段と、交互に入れ替えた電流を人体の特定部位に流し込む手段を有する高周波・低周波治療器およびＥＭＳ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は可変型電流駆動方式による、かつ特定周波数の周期ごとにプラス電流とマイナス電流を交互に入れ替えて、人体に指定した電流を流し込む、高周波・低周波治療器およびＥＭＳに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年は健康志向が高まり肩こりや腰痛緩和のための高周波・低周波治療器、および運動不足による体力低下を防止する筋肉刺激用のＥＭＳが市販されている。

【0003】

市販されているＥＭＳおよび高周波・低周波治療器は一次電池あるいは二次電池を用いた方式が多く、電圧は３Ｖから５Ｖ程度が使用されており、この電池電圧を調節することで人体に電流を流す電圧駆動型が主流になっている。

【0004】

人体表面抵抗は２Ｋオームから４Ｋオームと言われており、オームの法則により電池電圧を人体表面抵抗値で割り算した電流が流れることになるが、人によって表面抵抗に個体差があるので同じ電流でも個人によって効果が異なることが多いのである。

【0005】

ＥＭＳおよび高周波・低周波治療器ともに効果があるのは印加電圧ではなく、人体に流す電流であり、流す電流は人の持つ人体抵抗の個体差で異なるが、電圧駆動型では印加した電圧以上の電流は流すことができず、それ以上の電流が必要であっても流せないのが現状である。

【0006】

更に、人体を電気的等価回路で表すと、コンデンサと抵抗の直列回路と看做すことが知られている、人体は直流的には高抵抗であるが交流的には低抵抗であり、これはコンデンサの特徴として直流電流は阻止するが交流電流は流れることを意味する。交流電流が流れやすいのはコンデンサの電荷移動により生じる事であり、特定交流信号である電流をプラスとマイナスを固定で流すとコンデンサの電荷が残り、流す電流が減少する要因になるので、特定交流信号の周期ごとに電流のプラスとマイナスを交互に入れ替えると、コンデンサに残った電荷がリセットされ、流れる電流の減少阻害要因を排除できることになる。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

解決しようとする問題点は、電圧駆動型は印加電圧と人体抵抗により人体に流れる電流は制限され電流を増やすことができない難点があり、電流を増やす場合は電圧を上げるしか方法がなく、装置が大きくなるのと、電源コストが上昇するデメリットがある。同じ印加電圧でも電流駆動型は人体に流す電流を人体抵抗の影響を受けずに、人体抵抗より十分小さな疑似抵抗を人体抵抗と看做し、人体に流す電流を可変できる点である。

【課題を解決しようとする手段】

【0008】

本発明はＣＰＵあるいはＦＰＧＡなどのデジタル半導体を用いて、プログラムにより特定周波数を発生し、その特定周波数をＣＰＵ内部のＤＡコンバータまたはＦＰＡＧ半導体などに外部のＤＡコンバータを用いて、外部からのスイッチあるいはボリュームの入力条件に従って特定周波数と増減した刺激強度電圧に変換し出力する。

【0009】

その出力された電圧はＣＰＵ付帯のＤＡコンバータあるいはＦＰＧＡ半導体に接続されたＤＡコンバータの最大電圧は半導体の電源電圧である＋３．３Ｖや＋５Ｖ程度が最大値なので、その電圧をそのまま使用できないため、ＯＰＡＭＰを用いて外部から供給する電流を確保するための電圧まで増幅できるものとし、プラス電圧はＤＡコンバータ出力電圧の＋３．３Ｖまたは＋５ＶをＯＰＡＭＰの非反転増幅回路により外部プラス電圧まで増幅し、マイナス電圧はＤＡコンバータ出力電圧の＋３．３Ｖまたは＋５ＶをＯＰＡＭＰの反転増幅回路により外部マイナス電圧まで増幅できるものとする。

【0010】

更に、そのＯＰＡＭＰを用いて増幅されたプラス電圧出力は比較半導体であるコンパレータの入力であるプラス側に供給し、コンパレータの出力はトランジスタのベース側に供給し、トランジスタのコレクタ側には電流を確保するための外部プラス電圧を供給する。トランジスタのエミッターには電流検出用の疑似抵抗が接続され直流遮断用コンデンサを介して人体に電流を供給する、同時に疑似抵抗により流れる電流を電圧に変換し、コンパレータの入力であるマイナス側に供給すると、コンパレータの入力であるプラス側とマイナス側の差分がコンパレータの出力電圧となり指定された一定の電流を人体に供給する帰還回路の形成による定電流源となる。この定電流源の電流値はコンパレータの入力のプラス側の印加電圧を疑似抵抗値で割り算した電流値であることが知られている。即ち、コンパレータのプラス入力側に印加する電圧により固有の人体抵抗の影響を受けずに人体に流れる電流を可変できることである。マイナス側回路も同じであることは言うまでもない。

【0011】

更に、人体に流す可変電流のプラス電流とマイナス電流を特定周波数の周期ごとに入れ替えることにより、即ち、クロス方式により人体容量であるコンデンサの電荷をリセットし、コンデンサに蓄積された電荷の影響による人体電流の流れを阻害する要因も排除できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明のクロス方式電流駆動型ＥＭＳ高周波・低周波治療器は、市販されているＥＭＳや高周波・低周波治療器に使用されている電圧駆動型では人体抵抗の影響を受け、人体に流す電流が制限され、より以上の電流を流す場合は電圧を上げるしか方法がないが、電流駆動型は人体抵抗の影響を受けずに人体に流す電流を可変できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】クロス方式電流駆動型ＥＭＳ高周波・低周波治療器の全体構成図である。

【図2】クロス方式電流駆動型ＥＭＳ高周波・低周波治療器のシステム構成図である。

【図3】クロス方式電流駆動型ＥＭＳ高周波・低周波治療器の電流駆動回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ＣＰＵあるいはＦＰＧＡを用い、プログラムにより作成した刺激アルゴリズムの周波数を外部ＳＷなどから指示した刺激レベルをＣＰＵ内部あるいはＦＰＧＡ外部のＤＡコンバータより出力する。ＤＡコンバータからの刺激強度可変電圧を外部電源電圧まで電圧増幅する増幅回路を形成する。この電圧増幅された電圧を比較回路に入力し、その比較回路の出力を人体に電流を流すトランジスタ回路を形成する。人体に流れる電流を検出する疑似抵抗に生じる電圧を比較回路に帰還し、比較回路の差分出力がトランジスタを介して指定可変電圧に比例した可変電流を生成する電圧電流変換回路を形成する。更に、刺激アルゴリズムの周波数の周期ごとに人体に流すプラス電流とマイナス電流を交互に入れ替えるＳＷ回路を形成する。

【実施例0015】

図１は本発明の全体構成図であり、操作ユニットの中に動作状態をモニタするＴＦＴ・ＬＣＤを用いた表示パネル。動作を指示するスタート・ストップＳＷ、各種動作モードを指定するＭＯＤＥスイッチ、刺激を与える電流値の強弱を指定する＋と－スイッチ、及び操作ユニットの外部に電流出力を人体に流すためのリード線と人体パッドを示している。１０は操作ユニット、２０はＴＦＴ・ＬＣＤ表示パネル、３０はＳＷパネル、４０はプラス側リード線、５０はプラス側人体パッド、６０はマイナス側リード線、７０はマイナス側人体パッド。

【0016】

図２は本発明のシステム構成図であり、刺激アルゴリズムはメモリに記憶し、操作ＳＷパネルからの指示でＭＯＤＥ選択、強弱選択および動作確認用のＴＦＴ・ＬＣＤ表示器にＣＰＵのプログラムにより表示され、操作パネルＳＷのＳＴＡＲＴにより刺激信号をＤＡコンバータから出力することを示している。８０はＣＰＵ，９０はメモリ、１００はＴＦＴ・ＬＣＤ表示器、１１０はＳＷパネル、１２０はＤＡコンバータ、１３０はプラス側電圧増幅器、１４０はプラス側電圧電流変換器、１５０はマイナス側電圧増幅器、１６０はマイナス側電圧電流変換器、１７０はクロススイッチ、１８０はプラス側出力端子、１９０はマイナス側出力端子。

【0017】

図３は本発明のクロス方式電流駆動回路構成図であり、刺激アルゴリズムのプログラムはメモリに記憶し、ＳＷパネルのＭＯＤＥスイッチで指定した刺激アルゴリズムをＳＷパネルのＳＴＡＲＴスイッチによりＤＡコンバータから電圧出力するとともに、ＳＷパネルの＋あるいは－スイッチにより刺激アルゴリズムの強弱レベルを可変し、可変されたＤＡコンバータの電圧出力は非反転増幅器により外部プラス電圧まで増幅し、その増幅されたプラス電圧を反転増幅器に入力して外部マイナス電圧まで増幅する。各々の増幅された電圧はコンパレータの＋端子に入力され出力はバイアス抵抗を介してトランジスタのベースに入力し、外部電源電圧からベース電圧に比例した電流に変換し直流遮断コンデンサとクロスＳＷ回路を介して人体に電流を流し込む、同時に電流検出疑似抵抗に流れる電流を電圧に変換し、コンパレータの一側端子に帰還すると、コンパレータの＋端子と－端子電圧の差分がコンパレータ出力となり指示された強弱レベルに比例した電流を供給できることになる。更に、クロスＳＷ１とクロスＳＷ２により刺激アルゴリズムの周期ごとにプラス電流とマイナス電流を切り替えることを示している。プラス側もマイナス側も動作は同じであるがプラス側トランジスタはＮＰＮ型、ＦＥＴならＮチャネルを用い、マイナス側トランジスタはＰＮＰ型、ＦＥＴならＰチャネルを用いる違いがある。２００はプラス側非反転増幅器、２１０はプラス側コンパレータ、２２０はプラス側バイアス抵抗、２３０はプラス側バイアス抵抗、２４０は電流供給トランジスタ、２５０はプラス側電流検出疑似抵抗、２６０はプラス側直流遮断コンデンサ、２７０はクロスＳＷ１、２８０はクロスＳＷ２、２９０はプラス側出力端子、３００はマイナス側反転増幅器、３１０はマイナス側コンパレータ、３２０はマイナス側バイアス抵抗、３３０はマイナス側バイアス抵抗、３４０はマイナス側電流供給トランジスタ、３５０はマイナス側電流検出疑似抵抗、３６０はマイナス側直流遮断コンデンサ、３７０はクロスＳＷ１、３８０はクロスＳＷ２、３９０はマイナス側出力端子。

【産業上の利用可能性】

【0018】

外部からの指令に応じて流したい電流を可変する必要のある高周波・低周波治療器およびＥＭＳ、車両用のトルクコンバータ、フルブリッジ型ＰＷＭモータインバータなどのモータトルクを自在に可変する用途に適用できる。

【符号の説明】

【0019】

１０ 操作ユニット
２０ ＴＦＴ・ＬＣＤ表示パネル
３０ ＳＷパネル
４０ プラス側リード線
５０ プラス側人体パッド
６０ マイナス側リード線
７０ マイナス側人体パッド
８０ ＣＰＵ
９０ メモリ
１００ ＴＦＴ・ＬＣＤ表示器
１１０ ＳＷパネル
１２０ ＤＡコンバータ
１３０ プラス側電圧増幅器
１４０ プラス側電圧電流変換器
１５０ マイナス側電圧増幅器
１６０ マイナス側電圧電流変換器
１７０ クロススイッチ
１８０ プラス側出力端子
１９０ マイナス側出力端子
２００ プラス側非反転電圧増幅器
２１０ プラス側コンパレータ
２２０ プラス側バイアス抵抗
２３０ プラス側バイアス抵抗
２４０ プラス側電流供給トランジスタ
２５０ プラス側電流検出疑似抵抗
２６０ プラス側直流遮断コンデンサ
２７０ クロスＳＷ１
２８０ クロスＳＷ２
２９０ プラス側出力端子
３００ マイナス側反転電圧増幅器
３１０ マイナス側コンパレータ
３２０ マイナス側バイアス抵抗
３３０ マイナス側バイアス抵抗
３４０ マイナス側電流供給トランジスタ
３５０ マイナス側電流検出疑似抵抗
３６０ マイナス側直流遮断コンデンサ
３７０ クロスＳＷ１
３８０ クロスＳＷ２
３９０ マイナス側出力端子

【図1】

【図2】

【図3】