特許 7483962 刺激装置を備えた改善された運動訓練補助具

(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】2024-05-07

(45)【発行日】2024-05-15

(54)【発明の名称】刺激装置を備えた改善された運動訓練補助具

(51)【国際特許分類】

   A63B 69/00 20060101AFI20240508BHJP

   A63B 26/00 20060101ALI20240508BHJP

   A63B 71/06 20060101ALI20240508BHJP

   A61N 1/36 20060101ALN20240508BHJP

【ＦＩ】

A63B69/00 Z

A63B26/00

A63B71/06 Z

A61N1/36

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023012142

(22)【出願日】2023-01-30

(62)【分割の表示】P 2020513589の分割

【原出願日】2017-11-28

(65)【公開番号】P2023067877

(43)【公開日】2023-05-16

【審査請求日】2023-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】518423892

【氏名又は名称】ウエスト アンド ベルグ ホールディング アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】ベルグ クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】ワレンベルク クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】ダール フィリップ

【審査官】相川 俊

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００４／００６４１５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０３８０４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４２０８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５１１５０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６３Ｂ ６９／００

Ａ６３Ｂ ７１／０６

Ａ６３Ｂ ２６／００

Ａ６１Ｎ １／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

訓練補助刺激装置（１００）において、
ユーザの身体に接触させるための第１の皮膚電極（１３５）と、
前記ユーザの身体に接触させるための第２の皮膚電極（１３７）と、
キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ）に前記第１の皮膚電極（１３５）を介して接続されるか、またはキャパシタ等価物（１３９）に直接接続される充電モジュール（１２５）と、
電荷のフィードバック放電を制御するための放電スイッチモジュール（１６０、１６１）と、
前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）の充電を、所定の第１の電圧レベルに制御するための前記充電モジュール（１２５）に接続されたプロセッサ（１１０）と、を備え、
前記プロセッサ（１１０）は、さらに、前記第１および第２の電極（１３５、１３７）を介して前記皮膚を介したフィードバック放電を制御するための放電スイッチモジュール（１６０、１６１）に接続され、
前記訓練補助刺激装置（１００）はさらに、前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）の電荷のレベルを測定するための電圧測定モジュール（１５０）および前記ユーザの身体抵抗を測定するように構成された身体インピーダンス測定モジュール（１５５）を備え、
前記プロセッサ（１１０）は、前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）の充電レベルを繰り返し測定することにより、および前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）の電圧が所定の第２の電圧レベル以下であるときに前記充電モジュール（１２５）を起動してメンテナンス充電を提供することにより、前記訓練補助刺激装置（１００）を放電可能な状態に保つように構成され、
前記訓練補助刺激装置（１００）は、
第１の電圧レベルが到達されたとき、前記電圧測定モジュール（１５０）を切断し、所定期間待つように、
測定した電圧レベルが第２の電圧レベル以下である場合、前記電圧測定モジュール（１５０）を切断し、メインテナンス充電を提供した後、前記電圧測定モジュール（１５０）を再接続するように、構成され、
前記プロセッサ（１１０）は、前記測定された身体抵抗に基づいて、刺激信号の電圧を適合するように構成される、
訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項2】

前記訓練補助刺激装置（１００）は、前記キャパシタ等価物（１３９）があたかもユーザの固有の身体キャパシタンスＣＢＯＤＹの主要部で構成されるかのように、前記キャパシタ等価物（１３９）が放電されたときに前記ユーザに知覚可能なフィードバック感覚を生じさせる電荷を前記キャパシタ等価物（１３９）に充電するように構成される、請求項１に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項3】

前記キャパシタ等価物（１３９）は、キャパシタ（１３９）である、請求項１に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項4】

前記放電スイッチモジュール（１６０、１６１）は、前記キャパシタ（１３９）と前記第１または第２の皮膚電極（１３５、１３７）との間の電気的結合に配置され、放電していないとき、前記キャパシタ（１３９）から前記ユーザの前記身体を効率的に絶縁する、請求項３に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項5】

前記電圧測定モジュール（１５０）を、接続および切断するための測定スイッチ（１３０）をさらに備え、前記プロセッサ（１１０）は、さらに、前記測定スイッチ（１３０）を反復的にスイッチオンおよびスイッチオフするように構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項6】

前記訓練補助刺激装置（１００）は、放電スイッチ（１６０、１６１）を一度開閉することにより１パルスを含む放電信号を提供するように構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項7】

前記訓練補助刺激装置（１００）は、放電スイッチ（１６０、１６１）を反復的に開閉することにより２以上のパルスを含む放電信号を提供するように構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項8】

前記身体インピーダンス測定モジュール（１５５）は、前記充電モジュール（１２５）が前記ユーザの前記身体抵抗の測定のためのテスト電圧を提供するために使用することができるように、電気的に配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の訓練補助刺激装置（１００）。

【請求項9】

身体電極を介してユーザの身体にバイオフィードバック電気刺激を供給するように準備された訓練補助刺激装置（１００）を自動的に維持する方法において、
キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）に、充電電圧を自動的に印加するステップ（２１０）と、
電圧測定モジュール（１５０）を用いて、前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）に関する電圧を自動的に測定するステップ（２１５）であって、前記電圧は、充電レベルに対応する、測定するステップ（２１５）と、
第１の電圧レベルに到達したとき、前記電圧測定モジュール（１５０）を自動的に切断するステップ（２５４）と、
自動的に所定期間待つステップ（２３５）と、
測定した電圧レベルが、第２の電圧レベル以下である場合、前記電圧測定モジュール（１５０）を自動的に切断し、メインテナンス充電を自動的に提供した後、前記電圧測定モジュール（１５０）を自動的に再接続するステップと、
適切なタイミングで、前記ユーザの前記身体を介して前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）を自動的に放電するステップと、
前記訓練補助刺激装置（１００）を用いて、前記ユーザの身体抵抗を自動的に測定するステップと、
前記測定された身体抵抗に基づいて、刺激信号の電圧を自動的に適合するステップと、
を備える、
身体電極を介してユーザの前記身体にバイオフィードバック電気刺激を供給するように準備された訓練補助刺激装置（１００）を自動的に維持する方法。

【請求項10】

身体電極を介してユーザの身体にバイオフィードバック電気刺激を自動的に供給する方法において、
充電電圧をキャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）に自動的に印加するステップ（２１０）と、
電圧測定モジュール（１５０）を用いて、前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）に関する電圧を自動的に測定するステップ（２１５）であって、前記電圧は、充電レベルに対応する、測定するステップ（２１５）と、
第１の電圧レベルに到達すると、前記電圧測定モジュール（１５０）を自動的に切断するステップ（２５４）と、
自動的に所定の期間待つステップ（２３５）と、
測定した電圧レベルが、第２の電圧レベル以下である場合、前記電圧測定モジュール（１５０）を自動的に切断し、メインテナンス充電を自動的に提供した後、前記電圧測定モジュール（１５０）を自動的に再接続するステップと、
適切なタイミングで、前記ユーザの前記身体を介して前記キャパシタ等価物（ＣＢＯＤＹ、１３９）を自動的に放電するステップと、
訓練補助刺激装置（１００）を用いて、前記ユーザの身体抵抗を自動的に測定するステップと、
前記測定された身体抵抗に基づいて、刺激信号の電圧を自動的に適合するステップと、
を備える、
身体電極を介してユーザの身体にバイオフィードバック電気刺激を自動的に供給する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、訓練補助の分野に関し、すなわち、人または動物がその人または動物のいくつかの行動をより良く実行するのを補助するデバイスに関する。特に、この発明は、運動訓練補助具、すなわち、ユーザによって実行される運動に関連する何らかの種類のフィードバックを提供するシステム、またはデバイスに関する。さらに、より具体的には、スポーツ運動の訓練補助具に関する。

【背景技術】

【0002】

運動訓練補助具の一例は、ＷＯ２００３０２４５４４により知られている。この文献は、ゴルフスイングのような反復運動シーケンスの態様をモニタリングする、種々のセンサおよびデバイスを備えた、反復運動フィードバックシステムを開示する。モニタリングされる態様は、ユーザにより移動された物体の動き特性、ユーザの位置特性、およびユーザの動き特性を含むことができる。モニタリングされた態様のデータを受信するデータ処理システムは、グラフィックディスプレイデバイスまたはスピーカのような、フィードバック出力デバイスに提供されるフィードバックデータを提供し、ユーザには、反復性の動きシーケンスに関するフィードバックが提供される。一つの特定の実施形態において、ユーザの性能は、従前の性能のテンプレートと比較され、差異に関するフィードバックが提供される。

【0003】

他の従来技術文献であるＵＳ６７７８８６６は、一貫した方法で、特定の体の動きをどのように行うかを人に教えるための方法と装置を開示し、実際の体の動きの１つまたは複数のパラメータを電子的に測定し、１つまたは複数の測定したパラメータを目標の体の動きの対応するパラメータと比較し、１つまたは複数の測定したパラメータと対応する目標パラメータとの間の一致度の度合いに基づいて、ユーザに検出可能なフィードバックを提供することに基づいている。特定の実施形態において、フィードバックは、可聴である。特に、フィードバックは、（ゴルフスイングのような）特定の体の動きに特に適した（リズムのような）特定の特性を有する音楽曲である。フィードバックは、実際の身体の動きと、目標の身体の動きとの間の不一致に比例して音楽の調子を狂わせる（go off-key）電子的な形式にすることができる。

【0004】

アスリート、例えばゴルファーのエルゴノミクスの動き（ergonomic motion）を教えるためのさらなる従来のシステムと方法は、ＷＯ２００５１８７５９に開示されている。システムは、好ましいゴルフスイングを実行しているゴルファーの連続画像を撮像するビデオカメラと、ゴルファーがビデオ画像の空間領域を定義可能にする閾値定義システムを含む。空間領域が侵入されると、アラームが作動し、それにより、フィードバックが提供され、ゴルファーは、次に動きを試みたときに技術を変更することができる。例えば、ゴルファーは、スイング中にクラブが平面（plane）から外れると、ティー除去システムがボールを消失させるように領域を定義することができる。このように、ゴルファーは、クラブが平面上に留まるときにしかボールを打つことができない。

【発明の概要】

【0005】

発明者達は、ある種のユーザの挙動（behavior）、または行動（action）を訓練し、完全なものにするために使用される訓練デバイスのための高速フィードバックを提供するデバイスを提供することを目的とし、この挙動または行動は、相対的に素早く起こる。そのような挙動または行動の例は、これに限定されないが、例えば、アスレチックフィールドイベント（ハイジャンプ、棒高跳び、ハンマー投げ、やり投げ等）、または体操（ジャンプ、振付、チアリーディング）、または野球、またはゴルフ（ゴルフスイング、パッティングストローク）を含む。

【0006】

発明者達は、効率の悪い動き、または「悪い」動き、または、基準の動きから逸脱する動きを示すフィードバック信号は、瞬時であることが望ましく、または少なくともユーザにより瞬時に知覚することが望ましいことを考案した（devised）。この発明の一実施形態の刺激ユニットは、非常に短い遅れ、望ましくは、５０ｍｓ未満、または、より好適には、２０ｍｓ未満、または最も望ましくは、１０ｍｓで刺激を伝えるように構成されている。この発明達は、ユーザによる前記望ましくない動きやめさせる（discourage）ために、望ましくない動きを示し、指摘するために顕著で、すぐに知覚できるフィードバックを提供することを目的としている。

【0007】

種々の実施形態において、刺激ユニットは、充電モジュールと、放電モジュールと、身体電極を備える。充電モジュールは、人の身体に固有の「身体キャパシタンス」、または電荷保持キャパシタを備えることができるキャパシタ等価物を充電するように構成される。充電モジュールは、放電時に知覚的感覚（sensory sensation）、すなわち、電気ショック感覚または類似の感覚を、運動している人または動物に生じさせるのに十分な充電レベルに等価なキャパシタを充電するように構成される。放電は、現在の動きの位置値と所定の望ましい動きの位置値との間の不一致を検出したとき、トリガするようになっている。キャパシタ等価物の充電、または電圧のレベルが測定され、さらに、電気ショック、または類似の知覚を与えるのに十分なレベルを維持するのに必要なとき、電荷が供給される。

【0008】

従って、代替実施形態において、別個のキャパシタ結合を利用するために、またはユーザの固有の身体キャパシタンスを利用する異なるカップリングを提供することができる。また、効率的な刺激信号をユーザに提供するために、並びに信号そのものを提供するために、電気カップリングが開示される。刺激ユニットはさらに、測定モジュールを介して電荷を漏らさないことにより、エネルギをセーブするように、測定モジュールを接続および切断するための特定の回路を提供することができる。本発明の上記および他の利点、および目的が得られる方法が容易に理解されるように、上記で簡潔に説明された本発明のより具体的な説明は、添付の図面に示される、その特定の実施形態を参照することにより行われる。これらの図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがってその範囲を限定するものと見なされるべきではないことを理解し、添付の図面を使用することにより本発明を追加の特異性および詳細で説明および説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1a】図１ａは、この発明の一実施形態に従う刺激デバイスのブロック図を示す。

【図1b】図１ｂは、この発明の一実施形態に従う刺激デバイスのブロック図を示す。

【図1c】図１ｃは、この発明の一実施形態に従う刺激デバイスのブロック図を示す。

【図2a】図２ａは、刺激デバイスの第１のベーシック実施形態の主要回路図を示す。

【図2b】図２ｂは、刺激デバイスの第２のベーシック実施形態の主要回路図を示す。

【図3a】図３ａは、図２ａの刺激デバイスのより詳細な主要回路図を示す。

【図3b】図３ｂは、図２ｂの刺激デバイスのより詳細な主要回路図を示すｌ

【図4】図４は、刺激フィードバックを提供する方法ステップのフローチャートを示す。

【図5】図５は、この発明の一実施形態に従う刺激デバイスに使用される充電プロセス中の時間の関数としての電圧を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

定義
この発明のために、および以下のテキストにおいて、以下の用語が、以下に説明する意味で使用される。

【0011】

「運動表現（motion representation）」
「運動表現」は、通常動きの数学的表現である。運動表現は、線形および回転運動位置、運動速度、および運動加速度の表現を含み得る。例えば、動きは、ユーザの身体上の所定のポイントの現在の位置により表すことができるか、または動きは、（モーション）トラック（下記参照）により表すことができる。

【0012】

「位置」
ここで使用される「位置」という用語は、センサユニットまたは参照ポイント付近に関連する小さな物体の物理ロケーション位置であると理解され、適切な座標システムを用いて表される。典型的に、この発明のコンテキストにおいて、位置は、参照ポイントから０乃至５メートルの大きさ以内にある。

【0013】

「望ましくない動き」
「望ましくない動き」は、望ましくない動き、あるいは、ユーザの視点および／またはユーザのコーチの視点から見た、望ましくない特徴を示すのに使用される。

【0014】

「身体動きトラッカー」
ここで使用するように、「身体動きトラッカー」は、デバイスまたはシステム、または、実行されると、処理したセンサデータに基づいて、時間に対するユーザの身体の１つまたは複数の所定のポイントを追跡することができるコンピュータコードの一部を示す。

【0015】

「トラッキング」
「トラッキング」という用語は、運動中のユーザの身体の１つまたは複数の所定ポイントの連続位置を収集し記憶（記録）する行為と理解される。

【0016】

「モーショントラック」
「モーショントラック」という用語は、トラッキング動作の結果を意味し、すなわち、開始点または開始時間で始まり、終了点または終了時間で終了する、時間に対する所定身体ポイントの記憶された連続位置の収集量を意味する。

【0017】

「参照モーショントラック」
「参照モーショントラック」は、モーションの、モーション表示を比較することができるモデルを作るために使用することができる所望のモーショントラックである。
「回転角（Rotation angle）」または「回転の角度（Angle of rotation）」
二次元空間において、「回転角」は、物体が固定点を回転する量、角度の測定値である。三次元空間において、回転は、３つの座標軸について回転の角度を用いて測定され、示される。

【0018】

「事前定義された身体ポイント」
「事前定義されたポイント」は、ポイントのトラッキングを容易にする手段、例えば、センサユニットを備えたユーザの身体上のポイントを意味する。

【0019】

「姿勢（Attitude）」
この発明のコンテキストにおいて、用語「姿勢」は、空間における物体の方向（姿勢、角度位置）を示すために使用される。姿勢は、ピッチ（pitch）角、ヨー（yaw）角、ロール（roll）角によって、あるいは、姿勢ベクトルまたは軸によって、およびそのベクトルまたは軸の周りの回転角、すなわち軸角度表現（オイラーの回転定理を参照）によって表すことができる。

【0020】

「動きセンサユニット」
「動きセンサユニット」は、加速度のような、動き情報を伝えることができる、ユーザの身体に取り付け可能なユニットであることが理解される。この動き情報は、適切な基準システムにおけるセンサの姿勢と、ユーザの運動中の同じ位置における３次元位置と変化を判断することを可能にする。センサユニットは、ユーザの動きを妨げないほど十分に小さくて軽量であると考えられる。

【0021】

「制御ユニット」
この発明のコンテキストにおいて、「制御ユニット」は、デバイスを動作させるためのマン－マシンインタフェースを備えるユニットであり、通常、プロセッサおよび／または動きセンサユニットと通信する無線通信手段を備える。

【0022】

「サンプル」
この発明のコンテキストにおいて、用語「サンプル」は、時間における特定の瞬間において、動きセンサユニットの計算された状態を示すのに使用され、モーションセンサユニットからのモーションセンサデータに基づいて、及び参照フレーム、すなわち、座標システムに基づいて、線形および／または回転、モーション位置、モーション速度、モーション加速度の表示を含むことができる。サンプルに関連するものは、サンプル数および／またはサンプル時間である。

【0023】

「プロセッサ」
この発明のコンテキストにおいて、用語「プロセッサ」は、他に何も明示的に示されていない場合、１つまたは複数の論理的または物理的プロセッサを備えているかどうかに関係なく、プロセッサシステムを示すために使用される。

【0024】

「メモリ」
この発明のコンテキストにおいて、「メモリ」という用語は、他に何も明示的に示されていない場合、１つまたは複数の論理的または物理的メモリを備えているかどうかに関係なく、メモリシステムを示すために使用される。

【0025】

「刺激装置」
この発明のコンテキストにおいて、刺激装置という用語は、コマンドを受信すると、その人または動物により知覚可能な刺激を生じさせることができる、人または動物の体に取り付け可能なデバイスを示すために使用される。

【0026】

「動き」
「動き」は、人により行われる身体の動きであると理解され、複雑であろうが簡単であろうが、１つまたは複数の四肢、胴、または重心の動きであり得る。考えられる曖昧さは、用語が使用されているコンテキストによって解決される必要がある。また、用語は、センサにより検出された動きを示すためにも使用される。例示の動きは、高跳び、棒高跳び、ハンマー投げ、やり投げ、体操ジャンプ、チアリーディングの動き、野球のバッティング、野球のピッチング、ゴルフスイング、パッティングストロークの一部または全部を含む。

【0027】

刺激装置は、非情に短い遅れ、望ましくは、５０ｍｓ未満で、より好ましくは、２０ｍｓ未満で、最も好ましくは、１０ｍｓ未満で刺激を伝えるように構成される。刺激は、また、すぐに知覚できるものでなければならない。

【0028】

刺激、すなわち放電を短期間で通知できるようにするために、図1aに概説されているようなトレーニング補助刺激装置が提供される。図１ａのブロック図は、この発明の一実施形態に従う刺激デバイスを示す。プロセッサ１１０は、メモリ１２０に接続される。さらに、プロセッサは、充電モジュール１２５に充電するように命令するために、充電モジュール１２５に接続される。充電モジュール１２５は、第１の身体電極１３５に接続され、第１の身体電極１３５を介して、身体キャパシタンスに充電するために、電荷を供給する。充電モジュール１２５は、インピーダンス測定モジュール１５５を介して第１の身体電極に接続することができ、これは後で説明する。

【0029】

さらに、プロセッサ１１０は、測定スイッチ１３０に接続される。測定スイッチは、電圧測定モジュール１５０を、ある時間に、第１の身体電極に、接続または切断するようにプロセッサにより制御される。測定モジュールの、第１の身体電極１３５への接続および切断のタイミングをさらに以下に述べる。プロセッサ１１０は、さらに、第１の身体電極１３５および第２の身体電極１３７を介して接続された、身体キャパシタンスの放電のデリバリを制御するために、放電モジュール１６０に接続される。放電スイッチモジュール１６０は、プロセッサからそのように命令されると、身体第２電極１３７をグラウンドに接続するように構成され、刺激装置を用いて被験者の肌を通して効率よく放電させる。

【0030】

図１ｂのブロック図は、この発明の第２の実施形態に従う刺激装置を示す。プロセッサ１１０はメモリ１２０に接続される。さらに、プロセッサは、電荷保持キャパシタＣ１を充電するためにキャパシタ充電モジュール１２５に接続される。電荷保持キャパシタの第１の電極は、キャパシタ充電モジュール１２５に接続される。電荷保持キャパシタＣ１の第２の電極は、グラウンドに接続される。さらに、プロセッサ１１０は、測定スイッチ１３０に接続される。測定スイッチは、ある時間に電圧測定モジュール１５０を電荷保持キャパシタＣ１の第１の電極を、電荷保持キャパシタＣ１に接続および切断するようにプロセッサにより制御される。Ｃ１は、Ｃ１が放電されるとき、ユーザに、明瞭に、知覚可能なフィードバック感覚（sensation）を生じさせることができるように、十分な電荷を保持することができるように設計されている。

【0031】

電荷保持キャパシタ１３９の第１の電極への電圧測定モジュール１５０の、それぞれ接続と切断のタイミングは、さらに以下に説明される。プロセッサ１１０は、さらに、第２の身体電極１３７、ユーザの肌１４０、および第１の身体電極１３５を介して接続された、電荷保持キャパシタ１３９の放電の配送を制御するために、放電モジュール１６１にさらに接続される。放電モジュール１６１は、プロセッサ１１０から命令されると、恐らく、インピーダンス測定モジュール１５５を介して、電荷保持キャパシタ１３９の第１の電極に、身体第２電極を接続するように構成される。この実施形態において、第１身体電極１３５は、望ましくは、グラウンドに接続される。

【0032】

この結合の利点は、電荷保持キャパシタ１３９に蓄えられる電荷が、放電されるまで身体から絶縁され続けることができ、従って、生体組織に関連づけられた可能性がある漏電の危険性を回避することができる。図１ｃはインピーダンス測定のコンテキストにおいて、後述する。

【0033】

図２ａおよび３ａは、すぐに知覚できる（distinct）バイオフィードバック（biofeedback）電気刺激をユーザの肌に供給することができる第１の回路、および第２の回路のための代替主要配線図を示す。図２ａは、ユーザの肌に接触するように考案された、第１電極１３５と第２電極１３７を備える。前記第１および第２の電極は、また、肌電極と呼ぶこともできる。低電圧は、通常変圧器デバイス１３８において、より高いレベルＶＩＮに昇圧されたバッテリにより供給されるＤＣ（直流）である。種々の実施形態において、変圧器デバイス１３８は、ＤＣ－ＤＣコンバータまたは電力コンバータを備える。ダイオード１９９は、変圧器デバイス１３８の後段で設けられ、接続点ＶＩＮに接続される。測定スイッチ１３０は、ＶＩＮと、分圧器の第１の抵抗Ｒ１との間に接続される。電圧器は、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２から構成される。アナログ－デジタル変換器ＡＤＣは、抵抗Ｒ１とＲ２の間に接続され、これらの抵抗とともに、電圧測定モジュール１５０を構成すると言うことができる。測定スイッチ１３０は、プロセッサ１１０から信号ＭＥＡＳＵＲＥに接続されるとともに、この信号により制御される。人間の肌に取り付けられた刺激回路に関する電気モデルが考案された。モデルは、身体のキャパシタンスＣＢＯＤＹと、前記第１の電極１３５と前記第２の電極１３７との間の肌の抵抗ＲＢＯＤＹを含む。

【0034】

刺激回路は、さらに、バイオフィードバック電気刺激とも呼ばれるフィードバック放電を制御する放電スイッチ１６１を備える。放電スイッチ１６１は、第２の肌電極１３７とアースとの間に接続されプロセッサのトリガ出力ＴＲＧからのトリガ信号によりトリガされると、放電ドレインを提供する。電圧がＶＳＵＰＰＬＹに印加され、変圧器デバイス１３８で増大されると、身体のキャパシタンスＣＢＯＤＹは、所定レベルに充電される。実際のレベルは、信号ＭＥＡＳＵＲＥを印加し、ＡＤＣで分圧器の電圧信号を読むことにより測定される。アナログ対デジタル変換器は、プロセッサ１１０に、電圧レベルの実際の読取値を供給するために使用することができる。所定レベルに到達すると、プロセッサ１１０は、放電スイッチ１６１を開くためにＴＲＧで、信号を供給することができる。この結果、キャパシタンスＣＢＯＤＹは、放電され、前記第１の電極１３５と第２の電極１３７を身に着けた人によりパルスが経験される。

【0035】

ＴＲＧ信号は、特定の条件が存在するまで遅延される。第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２を介した連続放電は、測定スイッチ１２０を開くことにより、図２ａに示す実施形態では回避される。図３ａに示す実施形態において、測定スイッチ１３０のインプリメンテーションは、制御入力において、ＭＥＡＳＵＲＥ信号を受信する第１の制御抵抗１６７に接続された、第１のトランジスタ１６５を備える。同様に、放電スイッチ１６１は、制御入力において、プロセッサからＴＲＧ信号を受信するために設けられた、第２の制御抵抗１６９に接続された、第２のトランジスタ１６８を備える。依然として、ＣＢＯＤＹから多少の連続放電があるが、図４および図５を参照して下記に記載したメインテナンスまたはサポート充電により、この問題を回避することができる。

【0036】

メインテナンス充電（サポート充電または追加充電（top-up charging））のプロセスは、ブロック２０５で開始され、充電は、ブロック２１０で開始される。次に、プロセッサ１１０は、信号ＭＥＡＳＵＲＥを測定スイッチに印加し、第２の抵抗Ｒ２の電圧はブロック２１５で測定される。ブロック２２０において、事前定義された第１の電圧レベルに到達したか否かがチェックされる。事前定義された第１の電圧レベルが到達していない場合、ブロック２１０の充電が続く。事前定義された第１の電圧レベルに到達すると、プロセッサは、連続的にブロック２２５において、フィードバック放電の条件を待つ。放電のための条件が間近にあるとき(at hand）、ブロック２３０において放電モジュール１６０がアクティブになる。次にデバイスはブロック２３２で停止される。放電条件が無いとき、プロセッサは、ブロック２３５で所定期間待ち状態に入る。

【0037】

次にプロセッサは、ブロック２４０において、全プロセスが、終了したか否かをチェックする。プロセスが終了した場合、身体キャパシタンスの電荷がゆっくりと消失し、ブロック２３２においてデバイスが停止する。プロセスが依然として動作中（動きが継続）の場合、電圧測定モジュール１５０がブロック２４２においてアクティブとなり、ブロック２４５において、分圧器Ｒ１、Ｒ２の電圧は、所定の第２レベル（図５参照）に、またはそれ以下に降下したかどうかをチェックする。電圧が、前記所定の第２レベルに、またはそれ以下に降下していない場合、測定モジュールは、ブロック２４６において、オフに切り替えられ、プロセスはブロック２３５に戻る。

【0038】

電圧が、前記所定の第２レベル、またはそれ以下のレベルに降下した場合、測定モジュールは、ブロック２４８でオフに切り替えられ、電荷を保存する。メインテナンス充電は、ブロック２５０でアクティブになる。メインテナンス充電は、所定の期間維持され、その後、ブロック２５２において電圧測定モジュール１５０がアクティブになる。ブロック２５４において、事前定義された第１の電圧レベルに到達したか否かがチェックされる。事前定義された第１の電圧レベルに到達していない場合、ブロック２４８において測定モジュールが接続され、ブロック２５０においてメインテナンス充電が継続する。事前定義された第１の電圧レベルに到達すると、測定モジュールは、ブロック２４６において切断され、プロセスは、ブロック２３５に戻る。

【0039】

図２ｂおよび３ｂは、放電スイッチモジュール１６１が、第１の電極１３５に電気的に近接して配置され、それにより、身体を充電電圧および電荷保持キャパシタ１３９、Ｃ１から効率よく絶縁する実施形態に関する対応する主要配線図を示す。

【0040】

図５の図は、図４を参照して上述した充電プロセスおよびメインテナンス充電プロセス期間における電圧対時間の図を示す。充電ブロック２１０に対応するメイン充電プロセスは、時刻Ｔ１で開始される。事前定義された第１の電圧レベルに到達すると、放電プロセスが開始する。点線は、測定スイッチ１３０が省略されていなければ、生じるであろう放電を示す。その場合、電圧レベルは、制御された放電が、意図した方法でユーザにより検出されないレベルにすぐに到達するであろう。電圧測定モジュール１５０が低電圧レベルを測定する結果、電圧レベルが、第２レベルにまたはそれ以下に降下すると、代わりのサポート充電またはメインテナンス充電が、開始される。第１の電圧レベルに到達するやいなや、再び充電が停止される。第１のレベルと第２のレベルとの間の電圧降下は、フィードバック放電を損なわないレベルである。電圧レベルが、第２レベルに到達すると、サポート放電またはメインテナンス放電は、反復的に開始するであろう。

【0041】

充電モジュール
充電モジュール１２５およびキャパシタ充電モジュール１２５の内部構造は、望ましくは、数ボルトのバッテリ電圧を適切な充電電圧、恐らく数百ボルトまで昇圧するための電圧変換回路を含むことができる。

【0042】

刺激信号構造
刺激装置は、１または複数のパルスのパルス列として、刺激信号を提供するように構成される。プロセッサおよび／または放電スイッチモジュール１６０、１６１は、１パルス方式のみで放電を解放するように構成することができる。しかしながら、発明者達は、驚いたことに、１乃至１０ミリ秒の長さと５乃至２０ミリ秒のゼロ電圧の間にある２乃至４パルスの刺激信号がその目的に適した感覚を生成することを発見した。従って、刺激装置は、望ましくは、２Ｖ乃至４５０Ｖの間隔で、さらに望ましくは、２００乃至４５０Ｖの間隔で放電電圧を提供するように構成することができる。刺激装置は、医療機器の法的要件に違反しない刺激信号を提供するように構成することができる。

【0043】

身体インピーダンス測定
２つの皮膚電極１３５、１３７間の身体インピーダンスを測定するように、身体インピーダンス測定モジュールをさらに備えることができる。身体インピーダンス測定モジュール１５５は、プロセッサに結合され、さらに、第１および第２の身体電極、または１つの電極およびグラウンドに結合される。好適なトポロジカル配列（topological arrangement）を図１ａ、１ｂ、１ｃに示す。

【0044】

図１ａは、充電モジュール１２５と身体第１電極１３５との間にインピーダンス測定モジュールが電気的に配列された刺激装置のブロック図を示す。プロセッサは、充電モジュール１２５を制御して、測定に使用することができる、パルス化された電圧を提供するように構成される。プロセッサは、この場合、電流が流れることを可能にするために、グラウンドに接続された放電スイッチモジュール１６０を制御するように構成することが望ましい。

【0045】

図１ｂは、放電モジュール１６１と身体電極１３７との間に、インピーダンス測定モジュール１５５が電気的に配置された刺激装置のブロック図を示す。デバイスは、インピーダンス測定モジュールが、インピーダンスを測定可能にするために、充電モジュールが低電圧、典型的には、約５ボルトを供給するように構成される。デバイスは、電流が流れるようにするために、放電モジュールは、充電モジュールとインピーダンス測定モジュールを接続するように構成される。

【0046】

図１ｃは、充電モジュール１２５と放電モジュール１６１との間に、インピーダンス測定モジュール１５５が電気的に配置された刺激装置のブロック図を示す。この場合、刺激装置は、放電スイッチモジュール１６１に、インピーダンス測定モジュール１５５を電極１３７に接続させ、電流が充電モジュールと電荷保持キャパシタ１３９からスイッチを通って流れるとともに、身体肌部を通って身体電極１３７に流れ、電極１３５およびグラウンドに流れる。

【0047】

プロセッサは、望ましくは、身体インピーダンス測定モジュールからの身体インピーダンスの測定値に基づいて、刺激信号の電圧に適合するように構成される。例えば、より高いインピーダンス測定値をプロセッサが使用して、より低い身体インピーダンスとより低い電圧の場合と等価な刺激電流を生成するように、より高い電圧を供給するように、キャパシタ充電モジュール１２５を指示することができる。身体インピーダンス測定モジュールは、別個のモジュールとして実現することができ、あるいは、電圧測定モジュール１５０を用いて実現することができ、キャパシタ充電モジュールを介して測定信号を提供することができる。キャパシタ充電モジュール１２５は、そのような場合、そのような測定信号を提供するように構成される。

【0048】

本発明の特定の例示的な実施形態を特に説明したが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、他の様々な修正が当業者には、容易に明らかになることが理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載の説明に限定されるものではなく、むしろ、特許請求の範囲は、本発明の当業者に明らかな本発明のすべての均等物を包含すると解釈されるものである。
説明文
１００刺激装置
１１０プロセッサ
１２０メモリ
１２５充電モジュール
１３０測定スイッチ
１３５第１皮膚電極
１３７第２皮膚電極
１３８変圧器デバイス
１３９Ｃ１電荷保持キャパシタ
１４０身体皮膚部分
１５０電圧測定モジュール
１５２アナログデジタル変換
１５５インピーダンス測定モジュール
１６０放電モジュール
１６１放電スイッチモジュール
１６５第１トランジスタ（測定スイッチ）
１６７第１制御レジスタ（測定スイッチ）
１６８第２トランジスタ（放電スイッチ）
１６９第２制御抵抗器（放電スイッチ）
１９９ダイオード
ＣＯキャパシタ
Ｒ１、Ｒ２等抵抗

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】