(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-24
(45)【発行日】2022-07-04
(54)【発明の名称】電気的刺激装置
(51)【国際特許分類】
A61N 1/36 20060101AFI20220627BHJP
A61N 5/02 20060101ALI20220627BHJP
A61N 5/06 20060101ALI20220627BHJP
【FI】
A61N1/36
A61N5/02
A61N5/06 A
(21)【出願番号】P 2016204648
(22)【出願日】2016-10-18
【審査請求日】2019-10-16
【審判番号】
【審判請求日】2021-05-18
(73)【特許権者】
【識別番号】505000480
【氏名又は名称】フィンガルリンク株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】特許業務法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 哲雄
(72)【発明者】
【氏名】名郷根 正昭
【合議体】
【審判長】佐々木 一浩
【審判官】平瀬 知明
【審判官】千壽 哲郎
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-131030(JP,A)
【文献】特開昭58-112557(JP,A)
【文献】国際公開第2015/179744(WO,A1)
【文献】国際公開第2016/026914(WO,A2)
【文献】特開2016-163145(JP,A)
【文献】特表2013-512054(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61N 1/32-1/39
A61N 5/02-5/067
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体の皮膚に当接される一対の電極パッドと、
前記一対の電極パッド
に接続され、前記生体に刺激を与えるための電流を発生する電流発生部と、
前記一対の電極パッド
に接続され、前記生体に熱作用を生じさせるための電磁波を発生する電磁波発生部と、
を備え、
前記電磁波発生部は、出力端にハイパスフィルタを備え、
前記電流発生部は、出力端にローパスフィルタを備え、
前記電流および前記電磁波は、前記電流発生部および前記電磁波発生部と前記電極パッドとを接続する配線で重畳される、電気的刺激装置。
【請求項2】
前記電磁波は超短波である、請求項1に記載の電気的刺激装置。
【請求項3】
前記電磁波は超短波、マイクロ波または赤外線である、請求項1に記載の電気的刺激装置。
【請求項4】
前記電流は、周波数が1kHz~100kHzのパルス電流である、請求項1~3のいずれかに記載の電気的刺激装置。
【請求項5】
前記電流発生部によって前記生体を流れる電流に基づいて前記生体のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部によって測定された前記インピーダンスに基づいて、前記電流による刺激の強度を調整する刺激強度調整部と、
をさらに備えた、請求項1~4のいずれかに記載の電気的刺激装置。
【請求項6】
前記電流はパルス電流であり、
前記刺激強度調整部は、前記パルス電流のデューティ比を変化させることにより、前記刺激の強度を調整する、請求項5に記載の電気的刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、筋肉トレーニング及び廃用性症候群等による筋萎縮の予防並び治療、筋肉の疼痛の治療において電気刺激を効率よく行うことができる電気的刺激装置に関するものであり、特に、痩身効果の高い電気的刺激装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電気信号を外部より神経組織や筋組織に与え、筋肉を収縮させることにより、運動機能を改善させたり、運動機能を強化する電気的筋肉刺激(Electrical Muscle Stimulation:EMS)法は、アスリートの筋肉トレーニングや、廃用性症候群や筋萎縮性疾患患者のリハビリテーションなどで、一定の効果を上げている。EMS法による電気刺激は、本来ならば随意的に行われる筋肉の収縮を、中枢神経支配とは関係なく起こさせる。従って、体が静止状態であっても、筋肉に対して、一定の運動を行っているのと同じ負荷をかけることができる。その結果、体を激しく動かす運動を行うことなく筋繊維を太く強化させ、また、脊髄損傷や、筋萎縮性側索硬化症などにより、運動ニューロンからの刺激が断絶された筋組織においても、無作為による筋組織の萎縮を防ぐことができる。
【0003】
また、EMS装置を用いた筋肉トレーニングによって筋肉量が増大することにより、基礎代謝が上がり、その結果として、脂肪を減少させることができる。そのため、電気的刺激装置の中には、販売戦略として美容痩身効果があることを謳っている商品も存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、電気刺激自体には、脂肪を燃焼させる効果は殆どないため、装置の使用開始から脂肪減少の効果が実感できるまでに相当な時間がかかってしまう。そのため、使用者が装置の使用を途中で諦めてしまい、期待通りの痩身効果を得られないケースが多い。また殆ど全ての美容痩身用機器では、複数の器具の併用が禁止されている為、併設利用はできない。
【0005】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、短期間で痩身効果を得られる電気的刺激装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
出願人は、鋭意研究を重ねた結果、生体へ電気的刺激を付与すると同時に、熱作用を生じさせる電磁波を付与することにより、脂肪燃焼が相乗的に促進されて、短期間に痩身効果が得られることを見出した。
項1.
生体の皮膚に当接される電極パッドと、
前記電極パッドを介して前記生体に刺激を与えるための電流を発生する電流発生部と、
前記電極パッドを介して前記生体に熱作用を生じさせるための電磁波を発生する電磁波発生部と、
を備えた電気的刺激装置。
項2.
前記電磁波は超短波である、項1に記載の電気的刺激装置。
項3.
前記電磁波は超短波、マイクロ波または赤外線である、項1に記載の電気的刺激装置。
項4.
前記電磁波発生部は、出力端にハイパスフィルタを備えている、項1~3のいずれかに記載の電気的刺激装置。
項5.
前記電流は、周波数が1kHz~100kHzのパルス電流である、項1~4のいずれかに記載の電気的刺激装置。
項6.
前記電流発生部は、出力端にローパスフィルタを備えている、項1~5のいずれかに記載の電気的刺激装置。
項7.
前記電流発生部によって前記生体を流れる電流に基づいて前記生体のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部によって測定された前記インピーダンスに基づいて、前記電流による刺激の強度を調整する刺激強度調整部と、
をさらに備えた、項1~6のいずれかに記載の電気的刺激装置。
項8.
前記電流はパルス電流であり、
前記刺激強度調整部は、前記パルス電流のデューティ比を変化させることにより、前記刺激の強度を調整する、項7に記載の電気的刺激装置。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、短期間で痩身効果を得られる電気的刺激装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本発明の第1の実施形態に係る電気的刺激装置の概略図である。
【
図2】
図1に示す電気的刺激装置の刺激発生部の具体的な回路構成例である。
【
図3】電極パッドから出力される電流および超短波の周波数帯を示すグラフである。
【
図4】本発明の第2の実施形態に係る電気的刺激装置の概略図である。
【
図5】
図4に示す電気的刺激装置の電流発生部の具体的な回路構成例である。
【
図6】
図4に示す電気的刺激装置における、EMS発振器からのパルスの波形、および刺激電流の波形の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態について、
図1~
図3を参照して説明する。
【0010】
(装置の概要)
図1は、本実施形態に係る電気的刺激装置1の概略構成を示す図である。電気的刺激装置1は、一対の電極パッド2,3と、刺激発生部4と、制御部5とを備えている。
【0011】
図1に示すように、電極パッド2,3は、使用者の生体Lの皮膚に当接される。一方の電極パッド2は、例えば胴体周りの腹側の皮膚に当接され、他方の電極パッド3は、胴体周りの背側の皮膚に当接される。なお、電極パッド2,3の位置はこれに限定されず、例えば、電極パッド2,3を胴体周りの腹側の左右に当接させてもよい。
【0012】
刺激発生部4は、電極パッド2,3に接続されており、電極パッド2,3を介して生体Lに電気的な刺激を与える。刺激発生部4は、電流発生部41と電磁波発生部42とを備えている。
【0013】
電流発生部41は、電極パッド2,3を介して生体Lに刺激を与えるための電流ISを発生する。電流発生部41が発生した電流ISは、電極パッド2に印加され、使用者の腹部を貫通して電極パッド3に流れる。電流ISによって筋肉7を収縮させることにより、筋力向上効果を得ることができる。
【0014】
電磁波発生部42は、電極パッド2,3を介して生体Lに熱作用を生じさせるための電磁波を発生する。本実施形態では、電磁波発生部42が発生する電磁波は、周波数が30MHz~300MHzの超短波VHFである。電極パッド2から照射された超短波VHFは、生体組織の質量の違いより、特に、筋肉よりも軽い脂肪の細胞同士を振動させる。その結果、脂肪組織に熱が発生し、脂肪燃焼効果が生じる。
【0015】
制御部5は、刺激発生部4を制御する装置であり、例えば、使用者の操作に応じて刺激発生部4の駆動のON/OFF制御を行う。制御部5は、図示しない入出力手段、記憶手段および演算処理手段などを内蔵したCPUで構成されている。制御部5の機能は、CPUが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現してもよいし、論理回路等によってハードウェア的に実現してもよい。
【0016】
本実施形態に係る電気的刺激装置1では、一対の電極パッド2,3を介して、生体Lに電流ISおよび電磁波(超短波VHF)を同時に印加している。これにより、EMS装置としての筋肉刺激効果と、温熱効果による脂肪燃焼促進効果とを同時に得ることができる。これに対し、現在公知のEMS機器と超短波温熱療法機器とは、全く別の機器として販売されているため、これらの機器を同時に使用することは不可能である。
【0017】
また、本実施形態に係る電気的刺激装置1では、単に、現在公知のEMS機器と超短波温熱療法機器とを両方使用することによって得られる効果を超えた相乗効果を得ることができる。具体的には、電流発生部41からの電流ISによる筋肉7の収縮に伴い、周囲の腹部内臓脂肪6が筋肉7の動きに連動して揺さぶられる。この状態で、電磁波発生部42によって電磁波を照射することにより、脂肪細胞の振動が相乗的に大きくなり、電流ISを印加せずに電磁波を照射する場合よりも、脂肪燃焼を促進することができる。よって、短期間で痩身効果を得ることができる。また、筋肉刺激による筋力増大によって、リバウンドしにくい体質となり、痩身効果が持続しやすくなる。
【0018】
また、本実施形態では、EMS機器および超短波温熱療法機器の2つの機器を使い分ける煩わしさがなく、また、2つの機器を別々に使用する場合に比べ、機器の使用時間も短縮することができる。よって、使用者の負担も軽減することができる。
【0019】
(回路構成)
図2は、刺激発生部4の具体的な回路構成例を示している。刺激発生部4の電流発生部41は、EMS発振器411、ドライバ412、出力トランス413およびローパスフィルタ414を備えている。EMS発振器411は、周波数が1kHz~100kHzのパルスを発生する。ドライバ412は、EMS発振器411からのパルスを増幅する。出力トランス413は、一次巻線413Aがドライバ412に接続されており、二次巻線413Bがローパスフィルタ414に接続されている。ドライバ412によって増幅されたパルス電流は、出力トランス413によって所定の電圧に変圧される。ローパスフィルタ414は、電流発生部41の出力端に設けられており、電圧変換されたパルス電流の低周波成分(100kHz以下)のみを通過させる。
【0020】
刺激発生部4の電磁波発生部42は、VHF発振器421、ドライバ422、出力トランス423およびハイパスフィルタ424を備えている。VHF発振器421は、周波数が30MHz~300MHzの超短波帯のパルスを発生する。ドライバ422は、VHF発振器421からのパルスを増幅する。出力トランス423は、一次巻線423Aがドライバ422に接続されており、二次巻線423Bがハイパスフィルタ424に接続されている。ドライバ422によって増幅されたパルス電流は、出力トランス423によって所定の電圧に変圧される。ハイパスフィルタ424は、電磁波発生部42の出力端に設けられており、電圧変換されたパルス電流の高周波成分(30MHz以上)のみを通過させる。
【0021】
電流発生部41および電磁波発生部42の各出力は、電流発生部41および電磁波発生部42と電極パッド2,3とを接続する配線で重畳される。これにより、電極パッド2から電流ISと超短波VHFとが同時に出力される。
【0022】
図3は、電極パッド2から出力される電流ISおよび超短波VHFの周波数帯を示している。同図に示すように、電流ISの周波数帯は1kHz~100kHzであり、超短波VHFの周波数帯は30MHz~300MHzである。これらの周波数帯には桁違いの差があり、両者の間の周波数帯域の成分をローパスフィルタ414およびハイパスフィルタ424によって遮断することにより、電流ISおよび超短波VHFの出力効率を高めることができる。
【0023】
なお、本実施形態では、電磁波発生部42は電磁波として超短波を発生していたが、本発明はこれに限らず、電磁波発生部42が電磁波として、例えばマイクロ波や赤外線を発生してもよい。例えば、マイクロ波を電極パッド2から照射することにより、主に皮下脂肪の燃焼を促進することができる。
【0024】
〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態について、
図4~
図6を参照して説明する。本実施形態では、使用者の体脂肪に応じて電流による刺激強度を調整する機能をさらに備えた電気的刺激装置について説明する。なお、上述の第1の実施形態におけるものと同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0025】
(装置の概要)
図4は、本実施形態に係る電気的刺激装置1aの概略構成を示す図である。電気的刺激装置1aは、一対の電極パッド2,3と、刺激発生部4aと、制御部5aとを備えている。すなわち、電気的刺激装置1aは、
図1に示す電気的刺激装置1において、刺激発生部4および制御部5をそれぞれ刺激発生部4aおよび制御部5aに置き換えた構成である。
【0026】
刺激発生部4aは、電流発生部41aと電磁波発生部42とを備えている。電磁波発生部42の具体的な構成例は、
図2に示すものと同一である。電流発生部41aは、第1の実施形態における電流発生部41と同様、電極パッド2,3を介して生体Lに刺激を与えるための電流ISを発生する。その具体的な構成例については、
図5を参照して後述する。
【0027】
電極パッド2から出力された電流ISは、腹部内臓脂肪6や筋肉(腹筋)7等の生体組織を通って電極パッド3に流れる。電極パッド2と電極パッド3との間の生体Lのインピーダンス(以下、生体インピーダンス)は、腹部内臓脂肪6の厚みによっても変化するが、筋肉7の活性状態や皮膚からの発汗量によっても変化する。一般に、筋肉7が活性化状態となると、生体インピーダンスは低くなる傾向にある。また、発汗量が増加するほど、生体インピーダンスは低くなる傾向にある。
【0028】
そこで、制御部5aは、刺激発生部4の駆動をON/OFF制御する機能の他、生体インピーダンスに応じて電流発生部41aが発生する電流ISによる刺激の強度を調整する機能を有している。当該機能を実現するため、制御部5aは、インピーダンス測定部51と刺激強度調整部52とを備えている。これらの機能ブロックは、CPUが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現してもよいし、論理回路等によってハードウェア的に実現してもよい。
【0029】
インピーダンス測定部51は、電流発生部41aによって生体Lを流れる電流に基づいて生体インピーダンスを測定する機能を有している。本実施形態では、電極パッド2からパルス状の電流が出力され、電極パッド3に印加された電流の電流値がインピーダンス測定部51に入力される。生体インピーダンスが高いほど、生体L内における電流ISの減衰率が大きくなるため、インピーダンス測定部51は、電流ISの減衰率に基づき生体インピーダンスを測定することができる。
【0030】
刺激強度調整部52は、インピーダンス測定部51によって測定されたインピーダンスに基づいて、電流発生部41aが発生する電流による刺激の強度を調整する機能を有している。電極パッド2から生体Lに出力される電流の強度(電気的刺激)が一定である場合、生体インピーダンスが高いほど、筋肉7に達する刺激は小さくなる。そこで、刺激強度調整部52は、筋肉7に達する刺激が常に所望の値となるように、生体インピーダンスに応じて、電極パッド2からの電気的刺激の強度を調整する。
【0031】
インピーダンス測定部51によるインピーダンスの測定は、電流発生部41aが電流を発生している間、連続的に、または一定時間毎(例えば、数秒~数分毎)に行われる。つまり、本実施形態に係る電気的刺激装置1aは、生体Lへの電気的刺激の付与と、生体インピーダンスの測定値に基づく刺激強度の調整とを同時並行で行うことを特徴とする。これにより、電気的刺激を付与している間、筋肉の活性や発汗により生体インピーダンスが変化しても、その変化に応じて電流ISによる刺激強度を調整することにより、筋肉7に達する刺激を一定にすることができる。よって、生体Lに常時、適正な電気的刺激を付与し続けることが可能となる。
【0032】
(回路構成)
図5は、電流発生部41aの具体的な回路構成例を示す図である。電流発生部41aは、EMS発振器411、ドライバ412、出力トランス413およびローパスフィルタ414を備えている。
【0033】
EMS発振器411は、周波数が1kHz~100kHzのパルスを発生する回路であり、パルス発生器411A、Tフリップフロップ411B、および2つのANDゲート411C,411Dを備えている。パルス発生器411AはパルスP1を発生する発振回路であり、Tフリップフロップ411Bの入力端子、ANDゲート411Cの一方の入力端子、およびANDゲート411Dの一方の入力端子に接続されている。Tフリップフロップ411Bの反転出力端子は、ANDゲート411Cの他方の入力端子に接続され、Tフリップフロップ411Bの非反転出力端子は、ANDゲート411Dの他方の入力端子に接続されている。
【0034】
ドライバ412は、2つのトランジスタ412A,412B、および2つの抵抗412C,412Dを備えている。トランジスタ412A,412Bは、本実施形態では、NPNバイポーラトランジスタで構成されている。トランジスタ412Aは、ベース端子がANDゲート411Cの出力端子に接続され、コレクタ端子が出力トランス413の一次巻線413Aの一端に接続され、エミッタ端子が抵抗412Cの一端に接続されている。抵抗412Cの他端は接地されている。さらに、トランジスタ412Aのエミッタ端子と抵抗412Cの一端との接続点は、バッファ415および図示しないADCを介してインピーダンス測定部51に接続されている。トランジスタ412Bは、ベース端子がANDゲート411Dの出力端子に接続され、コレクタ端子が出力トランス413の一次巻線413Aの他端に接続され、エミッタ端子が抵抗412Dの一端に接続されている。抵抗412Dの他端は接地されている。出力トランス413の二次巻線413Bの一端はローパスフィルタ414を介して電極パッド2に接続されており、二次巻線413Bの他端はローパスフィルタ414を介して電極パッド3に接続されている。
【0035】
図6に示すように、パルス発生器411Aが発生するパルスP1は、デューティ比50%の矩形パルスである。Tフリップフロップ411B、および2つのANDゲート411C,411Dにより、パルスP2,P3がトランジスタ412A,412Bの各ベース端子にそれぞれ入力される。パルスP2,P3は、デューティ比25%の矩形波であり、互いに位相が180°異なっている。パルスP2がハイレベルになってトランジスタ412Aが導通することにより、+極性の刺激電流ISが生体Lに流れ、パルスP3がハイレベルになってトランジスタ412Bが導通することにより、-極性の刺激電流ISが生体Lに流れる。
【0036】
本実施形態では、生体インピーダンスの変動に応じて、生体に与える刺激電流ISのパルス幅を変化させることにより、刺激の強度を調整している。トランジスタ412A,412Bのエミッタ電流は刺激電流ISに比例するため、本実施形態では、トランジスタ412Aのエミッタ電流を抵抗412Cによってエミッタ電圧に変換し、当該エミッタ電圧を、バッファ415および図示しないADCを介してインピーダンス測定部51に入力する。インピーダンス測定部51は、刺激電流ISに比例するエミッタ電圧の減衰率に基づき、生体インピーダンスを測定することができる。
【0037】
刺激強度調整部52は、インピーダンス測定部51によって測定された生体インピーダンスに基づいて、電流発生部41が発生する刺激電流のパルス幅(デューティ比)を調整する。本実施形態では、刺激強度調整部52は、一次巻線413Aのセンタータップに制御信号を出力することにより、生体インピーダンスが高くなるとデューティ比が大きくなるように調整し、生体インピーダンスが低くなるとデューティ比が小さくなるように調整する。これにより、生体インピーダンスに基づいて、生体Lに付与される刺激の強度が調整される。
【0038】
なお、刺激の強度は、刺激付与の目的や被施行者の体質等に応じて、適宜変更してもよい。また、刺激強度を調整するために変化させる刺激電流ISのパラメータは、デューティ比に限定されない。例えば、刺激強度調整部52は、刺激電流ISの電圧を変化させることにより、刺激強度を調整してもよい。
【0039】
このように、本実施形態では、生体への電気的刺激の付与と、インピーダンスの測定値に基づく刺激強度の調整とを、同時並行で行うことで、電気的刺激を付与している間に生体インピーダンスが変化しても、その変化に応じて刺激強度を調整することができる。よって、第1の実施形態に係る電気的刺激装置1による効果に加え、被施行者に常時、適正な電気的刺激を付与し続けることができるという効果を得ることができる。
【0040】
なお、変形例として、制御部5aが、インピーダンス測定部51によって測定された生体インピーダンスに基づいて、電磁波発生部42が発生する電磁波の強度を調整する機能をさらに有してもよい。具体的には、制御部5aは、インピーダンス測定部51によって測定された生体インピーダンスが大きいほど、電磁波発生部42が発生する電磁波の強度を大きくするように制御する。これにより、使用者の体脂肪の量に応じて、適切な電磁波の強度を設定することができる。
【0041】
(付記事項)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0042】
1 電気的刺激装置
1a 電気的刺激装置
2 電極パッド
3 電極パッド
4 刺激発生部
4a 刺激発生部
41 電流発生部
41a 電流発生部
42 電磁波発生部
411 EMS発振器
412 ドライバ
413 出力トランス
414 ローパスフィルタ
415 バッファ
421 VHF発振器
422 ドライバ
423 出力トランス
424 ハイパスフィルタ
5 制御部
5a 制御部
51 インピーダンス測定部
52 刺激強度調整部
6 腹部内臓脂肪
7 筋肉
IS 電流
L 生体
P パルス
VHF 超短波(電磁波)