【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、身体に電気刺激パルスを加えて鎮痛作用を働せる生体刺激緩和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体は、不要な、もしくはストレスとなる何らかの外的刺激を受けると、その生理的出力、例えば心拍数、筋緊張、脳波等が変化する。 即ち、心拍数は高くなり、脳波はβ波に、筋緊張は高くなる。 また筋や神経疲労は尿中の蛋白質を増加させたり血糖値を変化させることも知られている。

【０００３】従って、これらの信号を計測すれば計測時点での刺激レベルを知ることが可能である。

【０００４】一方、刺激が緩和されたときの脳波は、カオス的であり且つ高い相関次元を有することが知られている。 即ち、刺激緩和されるときの脳の活動状況は、計測の結果では左右の脳の活動が均等になり且つα波レベルであり、計算結果、カオス的であることが知られている。 脳波だけでなく、筋緊張や心拍数等も同様にカオス的である。

【０００５】従って、生体が感受している刺激が緩和されたかどうかは、脳波等を計測すれば知ることができる。 したがってこの時の得られたデータから生体に刺激を入力すれば、最適な刺激緩和をすることができる。 即ち、痛みが発生しているときに体表面に最適な電気的刺激を加えると鎮痛効果が得られる。

【０００６】従来の刺激緩和装置には、低周波治療器（オムロン（株）社製等）とかスーパーサイバービジョン（ラピスインペリアル（株）社製）等がある。

【０００７】図１０は、従来装置の電圧出力回路例を示すもので、入力電圧（ＤＣ）Ｖ _inで出力電圧Ｖ _acに渡す値を決め、Ｃ ₂ （又はＬ ₁ ）をバリアブルに制御して出力周波数を変更する。 この場合の周波数ｆは数１で与えられる。

【０００８】

【数１】

【０００９】例えば、Ｒ＝５００Ω、Ｃ ₁ ＝０．４７μ
Ｆ、Ｔγ＝２ＳＤ１７６、Ｃ ₂ ＝４７００μＦ、トランス＝コア・ＰＣ３０ＥＩ３０ＢＥ３０−１１１０ＣＰ
（ユーアイ社製）ならｆ＝２Ｈｚになる。 この出力Ｖ _AC
を導電性ゴムパットや金属端子で身体に接触刺激する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の低周波治療器は、電気刺激が規則的である。
刺激が規則的であると生体に慣れが発生し、すぐ効果が無くなる。 この問題を解決する一つの方法として、周波数と持続時間を１／ｆになるようにランダマイズする方法も提案されているが充分な効果が得られていない。

【００１１】このランダム変化に対し、上記の生体信号は、特定のリズムを持ちながらも周波数分析を行ってもパワースペクトルに特定の強い強度をもつ成分を見出せない信号であることが知られている。 即ちカオス的変動である。 カオス的変動は、ある定った方程式に従って出てくる不規則変化であり、上記確率的に生じるランダム変化とは違う。

【００１２】本発明の目的は、上記カオス現象を電気刺激に適用して慣れを防止することにより、鎮痛効果を高め、筋の緊張緩和をはかることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、内部及び外部データの加減算を行う加減算器の前後段に離散的時間系の交互にオン・オフを繰返すサンプルホールド回路を帰還回路で閉ループに結合したカオスニューロン回路を設け、上記加減算器の入力に基準振動発生回路を設けると共に、上記帰還回路からのフィードバック出力を増幅して電気刺激パルスを出力する増幅回路を設けて成ることによって達成される。

【００１４】上記手段を用いれば、カオスニューロン回路からは脳波、心拍数、筋緊張等のカオス的信号を発生させることができる。 生体は外的刺激を受けると、心拍数は高くなり、脳波はβ波に、筋緊張は高くなる。 しかし、刺激が緩和されたときの脳波はカオス的であり、且つ高い相関次元を有する。 即ち、刺激緩和されたときの脳波の活動状況は、左右の脳の活動が均等であり、αレベルである。 これは脳波だけでなく、筋緊張や心拍数等もカオス的である。 したがって、このカオス的パルスを生体に刺激入力すれば最適な刺激緩和させることができる。 この電気刺激パルスは、基準振動発生回路を入力に設けた加減算器により内部状態のフィードバック信号との加減算処理をし、その結果を交互にオン・オフを繰返すサンプルホールド回路を通し帰還回路で上記加減算器にフィードバックする構成のカオスニューロン回路で発生することができ、フィードバックする発生パルスを増幅して出力し、この発生電気刺激パルスで生体刺激する。

【００１５】カオス信号による電気刺激パルス制御は、
パルスのオン時間、周期及び持続時間の内の少なくとも１つを制御することによって、所要とするカオス的電気刺激パルスを発生できる。

【００１６】そして、このカオス的電気刺激パルスによれば、生体に慣れが発生せず、刺激効果を高め、容易に刺激緩和されてカオス状態にすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施形態により説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施形態のカオスニューロン回路の構成図で、加減算器１を中央に、離散的時間系として交互のオン・オフを繰返すサンプル・ホールド回路２，３を帰還回路で閉ループに結合したものである。 加減算器１の入力４は前段からのフィードバックであり、入力５は連続的増大の入出力特性を有する増幅器であり、また入力６は外部入力である。 基準振動は入力６を通して外部から入力され、その基準振動発生回路には電気的リレー切替え信号や水晶発振器等が用いられる。 図２はクロック発振回路を示す。 また入力６には多数のニューロンを相互結合する場合、この入力段に入力される。

【００１９】加減算器１は、外部からの入力６、ニューロン出力信号がフィードバックした入力４、及び増幅器入力５の各データの加減算演算を実施し、出力は増幅器７を通して交互にオン・オフを繰返すサンプルホールド回路２，３に加えられ、再びフィールドバックする。 そして、加減算器１への入力を変化させることにより、周期振動やカオスの生成を制御できるものである。 基本振動数は外部入力によって所望の振動数が得られ、振幅は入力段もしくは出力段の利得調整によって制御できる。

【００２０】フィードバックしたニューロン出力信号を増幅器５により連続増大したアナログ信号をコンパレータ８によって２値化してディジタル信号を出力する。 出力パルスはさらに増幅回路９を介し増幅されて出力する。 この場合の増幅回路９の出力はノコギリ波に近いパルスであるが、矩形波に近づけるためには、コンパレータ８の出力段に、更に一段高出力アンプを挿入すればよい。

【００２１】図３は、上記カオスニューロン回路（図１）を用いた身体の鎮痛装置の外観図で、所要に増幅した電気刺激パルスを発生するパルスジェネレータ２１
と、このパルスジェネレータ２１にカオス信号を出力するカオスジェネレータ２２を設け、出力する電気刺激パルスを腕等に接触させたパッド２３から身体に通電する。

【００２２】鎮痛装置から発生する電気刺激パルスは、
例えば図４に示すように、オン時間δｔ ₁ ，δｔ ₂ ，δ
ｔ ₃ ，……，周期δＴ ₁ ，δＴ ₂ ，δＴ ₃ ，……，及び持続時間Δｔがカオス的に変化される。 発生する刺激パルスは、生体振動が脳波、筋電図、心電図等から振動数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚを基本的な振動レベルとしている。 Δｔはサイクルタイムであって、δｔ，δＴがカオテックな変化をしているときはΔｔは固定であってもよい。 δｔとδＴは、筋反応速度と同等な時間間隔を基準に制御することによって良好な効果が得られる。

【００２３】刺激パルスのδｔ，δＴ，Δｔ等のカオス的変化は、離散型のニューラルネットワークの数２に従う。

【００２４】

【数２】

【００２５】上記数２の出力ｙはｘ０の値によって０〜
１の範囲をとるから、この数２の結果をδｔ，δＴ，Δ
ｔに適当な係数とともに掛けてやると、装置から出力される刺激パルスは、カオス的挙動が保証される。 図１における中央の加減算器１は、この数２に示された特性を実現するための演算回路である。

【００２６】このカオス的変化の実現方法は、図１において、離散的な時間系のサンプルホールド回路２，３の数３のＯＮ，ＯＦＦをコンピュータのディジタル出力を用いてプログラム上で変化させるか、増幅回路９のＣ ₀ ，Ｌを数４の周波数ｆに合わせてバリアプル変化させる方法をとる。

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】すなわち、刺激が緩和されたときの生体信号はカオス的であり高い相関次元をとるから、これを計測して得られたデータに基づき図５のようにコンピュータＭＰＵで上記数２のカオスニューロンの計算を行ない、ＭＰＵのディジタルデータＢＢ´で上記数３をプログラム制御すれば、刺激入力はカオス的に行われ刺激緩和ができる。 あるいは、コンピュータＭＰＵの出力をＤ
／Ａコンバータでアナログ変換した出力ＡＡ´または、
更に増幅した出力Ｃをサンプルホールド回路２，３に直接入力してもよい。

【００３０】上記数２のカオスニューロンの一つの計算結果を図６に示す。 この結果をみてもｙ（ｔ＋１）とｙ
（ｔ）とで形成される写像は周期状態をとらないことが瞭然である。 比較のために図７に周期的状態の写像の例を示す。

【００３１】図８は他の実施例で、高次カオス発生のために、帰還回路のフィードバックに抵抗及びコンデンサなどで形成される遅延回路１０を導入し、その遅延時間を変化することにより周期的な振動や準周期的もしくはカオス的な信号を発生させる。 遅延時間の調整は、遅延回路１０の可変抵抗やコンデンサ切替によって時定数を変更すれば帰還信号の時間的遅れを調整できる。 つまり、一般的に離散型ニューロンを表わす数２に遅延帰還入力項を加えることにより、簡単な回路構成のニューロン回路を高次のカオス回路に変更できる。 出力段からフィードバックされる遅延情報は時定数τによって定められた遅延時間で入力段にフィードバックされる。

【００３２】遅延回路１０から、フィードバックされた遅延情報の入力段への加算は、その状態のままで入力すると線形加算のためにバイアスが発生してしまい、基準電位の位置（大きさ）が変動してしまうから、図９は、
遅延回路１０の後の入力段の前に、遅延情報の線形加算による発生バイアスを補正するバイアス補正回路１１を設ける。 これにより遅延情報の遅延時間間隔を調整することが可能となり、発生バイアスの抑制を同時に行うことができる。

【００３３】出力段サンプルホールド回路２の出力は入力段サンプルホールド回路３にフィードバックされ、また多数のニューロンが相互結合される場合には、他のニューロンの出力が結合係数ｋ倍されて入力段に入力されると同時にバイアス補正回路１１の帰還部の可変抵抗調整部に入力されて、その出力が入力段のベースに入力され常に基準電位差を安定化させる。

【００３４】以上の電気刺激による鎮痛作用は、筋電図により筋の緊張状態からモニタでき、鎮痛時の脳波は次元の低い状態になっている。 これらの結果から痛みによって筋肉の緊張状態と意識の集中状態がわかるので、この２つの計測値が身体のリラックス状態（α波、筋電図の弛緩状態）を示すように、頭部及び身体に装着した電気パットに刺激パルスを印加する。 刺激パルスのパルス時間幅、パルス間隔、持続時間及びその間隔変化、時間変化等はカオスモジュールを用いることによって適切に行うことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複雑な１
／ｆ制御を行うことなく、カオスニューロン回路で慣れを防止した刺激効果の高いパルスを出力できる。 また身体への入力刺激を行う際に、入力刺激をカオス的に変化できるので身体の刺激に対する慣れを防止できて鎮痛効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例カオスニューロン回路構成図。

【図２】本発明の一実施例クロックパルス発生回路図。

【図３】本発明の一実施例鎮痛装置外観図。

【図４】本発明の一実施例電気刺激パルス波形図。

【図５】カオスニューロン制御のコンピュータ回路図。

【図６】カオスニューロン出力のカオス状態説明図。

【図７】カオスニューロン出力の周期状態説明図。

【図８】本発明の他の実施例カオスニューロン回路構成図。

【図９】本発明の他の実施例カオスニューロン回路構成図。

【図１０】従来のパルス発生回路構成図。

【符号の説明】

１…加減算器、２，３…サンプルホールド回路、４，
５，６…入力、７…増幅器、８…コンパレータ、９…増幅回路、１０…遅延回路、１１…バイアス補正回路、２
１…パルスジェネレータ、２２…カオスジェネレータ、
２３…パッド。