JP6903109B2 - Vestibular electrical stimulator - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、前庭機能障害を有する患者の末梢前庭系にノイズ電気刺激を与えることにより、当該患者の体平衡機能の改善を図る前庭電気刺激装置に関し、特に、改善された断線検出部を備えた前庭電気刺激装置に関する。 The present invention relates to a vestibular electrical stimulator that improves the body balance function of a patient by applying noise electrical stimulation to the peripheral vestibular system of the patient with vestibular dysfunction, and particularly includes an improved disconnection detection unit. Regarding vestibular electrical stimulator.

末梢前庭は、頭部の回転加速度・直線加速度を検知し、前庭動眼反射や前庭脊髄反射を通じ、体動時の固視の維持や体平衡の維持を主に担う神経系器官である。前庭が障害されると、回転性のめまいやふらつき、体平衡の障害が生じる。末梢前庭系に対し経皮的にノイズ電気刺激を与えることにより、自律神経不全患者の起立循環応答の改善、脊髄小脳変性症患者の運動機能改善、パーキンソン病患者の自律神経機能改善に有効であることが報告されている。 The peripheral vestibule is a nervous system organ that detects the rotational acceleration and linear acceleration of the head and is mainly responsible for maintaining fixation and body balance during body movement through the vestibulo-eye reflex and vestibulo-spine reflex. When the vestibule is impaired, vertigo, light-headedness, and impaired body balance occur. Percutaneously applying noise electrical stimulation to the peripheral vestibular system is effective in improving the orthostatic circulatory response in patients with autonomic dysfunction, improving motor function in patients with spinocerebellar degeneration, and improving autonomic function in patients with Parkinson's disease. It has been reported.

前庭機能障害を有する患者が通常の日常生活を支障なく送ることができるようにするために、患者の頭部に電極を常時装着可能な携帯型の前庭電気刺激装置（以下、ＧＶＳ（Galvanic Vestibular Stimulation）装置という。）が既に開発されている（特許文献１参照）。このＧＶＳ装置によれば、患者の耳後部に貼り付けた一対の電極を介して微弱なノイズ刺激を長時間連続して与えることができる。前庭機能障害を有する患者に対し３時間継続してノイズ刺激を与えると、刺激終了後も、体平衡機能の改善効果が少なくとも２時間以上持続する、いわゆる「持ち越し効果」があることも確認されている（非特許文献１参照）。 A portable vestibular electrical stimulator (GVS (Galvanic Vestibular Stimulation)) that allows a patient with vestibular dysfunction to have an electrode always attached to the patient's head so that he or she can lead a normal daily life without any trouble. ) Device) has already been developed (see Patent Document 1). According to this GVS device, a weak noise stimulus can be continuously applied for a long time through a pair of electrodes attached to the back of the patient's ear. It was also confirmed that when noise stimulation is continuously given to a patient with vestibular dysfunction for 3 hours, there is a so-called "carry-over effect" in which the improvement effect of body balance function lasts for at least 2 hours even after the stimulation is completed. (See Non-Patent Document 1).

意匠登録第１６３４７０６号公報Design Registration No. 1634706 Gazette

岩崎真一著、2017年、ノイズ前庭電気刺激を利用した両側前庭障害患者の体平衡機能改善、Equilibrium Res. Vol.76(3) 195-203頁Shinichi Iwasaki, 2017, Improvement of body balance function in patients with bilateral vestibular disorders using noise vestibular electrical stimulation, Equilibrium Res. Vol.76 (3) pp. 195-203

従来のＧＶＳ装置は、電極端子の出力が定格（例えば±２０Ｖ）に振り切れたときに断線エラーと判定する断線検出部が備えている。しかし、装置自体には異常が無くても、例えば電極が皮膚にしっかりと貼り付けられていない状態であったり、使用中に電極が汗で浮きかけたりして電気抵抗が高くなった場合においても断線と判定され、その都度、電気刺激が中断してしまうという不都合が生じていた。 The conventional GVS device is provided with a disconnection detection unit that determines a disconnection error when the output of the electrode terminal swings to the rated value (for example, ± 20 V). However, even if there is no abnormality in the device itself, for example, even if the electrodes are not firmly attached to the skin, or if the electrodes float with sweat during use and the electrical resistance increases. There was an inconvenience that the electrical stimulation was interrupted each time it was determined to be a disconnection.

また人の皮膚抵抗は乾燥しているときは湿っているときより一桁ほど大きくなり、このような場合も出力が振切れ断線と判定される場合がある。ただし皮膚前処理剤というものがあり、予め角質を除去して抵抗を下げてから使用するよう推奨するが、その処理が不十分なとき、又は処理されないで使用し、最初は断線検出までに至らないが抵抗が高く不安定な状態で使用され、途中で断線と判定され中断してしまうという不都合が生じていた。 In addition, the skin resistance of a person is about an order of magnitude higher when it is dry than when it is moist, and even in such a case, the output may be determined to be a breakout. However, there is a skin pretreatment agent, and it is recommended to remove the keratin in advance to reduce the resistance before use, but when the treatment is insufficient or it is used without treatment, the disconnection is detected at first. Although it was not used, it was used in an unstable state with high resistance, and there was a problem that it was judged to be broken and interrupted.

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、経皮的にノイズ電気刺激を与える前庭電気刺激装置において、電極と皮膚との密着不良や皮膚表面の乾燥等による電気刺激の中断を可能な限り回避できるようにした前庭電気刺激装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and in a vestibular electrical stimulator that percutaneously applies noise electrical stimulation, electrical stimulation due to poor adhesion between electrodes and skin, drying of the skin surface, and the like. It is an object of the present invention to provide a vestibular electrical stimulator that can avoid interruption of the skin as much as possible.

上述した課題を解決するため、本発明は、患者の皮膚に密着させた一対の電極を介して当該患者の末梢前庭系にノイズ電気刺激を与える前庭電気刺激装置であって、前記電極から出力される前記ノイズ電気刺激の出力レベルを判定する判定部と、判定された前記出力レベルを段階的に表示する表示部とを備える、前庭電気刺激装置である。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a vestibular electrical stimulator that applies noise electrical stimulation to the peripheral vestibular system of the patient via a pair of electrodes in close contact with the patient's skin, and is output from the electrodes. This is a vestibular electrical stimulation device including a determination unit for determining the output level of the noise electrical stimulation and a display unit for stepwisely displaying the determined output level.

前庭電気刺激装置において、前記判定部は、前記ノイズ電気刺激の出力電圧を所定期間計測し、計測した前記出力電圧の最大値に基づいて前記出力レベルを判定することが好ましい。 In the vestibular electrical stimulation device, it is preferable that the determination unit measures the output voltage of the noise electrical stimulation for a predetermined period of time and determines the output level based on the maximum value of the measured output voltage.

前庭電気刺激装置において、患者ごとに設定される電流レンジ設定値を記憶する電流レンジ記憶部と、前記ノイズ電気刺激の波形を形成する電流指令値に従った電流を前記電極から出力する電流変換部とを備え、ここで、変換係数Ｋが、
変換係数Ｋ＝電流レンジ設定値／電流指令値
で定義されるものとし、
前記判定部は、前記ノイズ電気刺激の出力電圧に前記変換係数Ｋを乗算することにより、推定される前記ノイズ電気刺激の最大出力電圧を演算し、当該最大出力電圧に基づいて前記出力レベルを判定するものでもよい。In the vestibule electrical stimulator, a current range storage unit that stores the current range set value set for each patient and a current conversion unit that outputs a current according to the current command value that forms the waveform of the noise electrical stimulation from the electrodes. And here, the conversion coefficient K,
Conversion coefficient K = current range set value / current command value shall be defined.
The determination unit calculates the estimated maximum output voltage of the noise electrical stimulation by multiplying the output voltage of the noise electrical stimulation by the conversion coefficient K, and determines the output level based on the maximum output voltage. It may be something to do.

前庭電気刺激装置において、前記判定部は、前記変換係数Ｋが１以上かつ所定値以下であるときの前記最大出力電圧の平均に基づいて前記出力レベルを判定することが好ましい。 In the vestibular electrical stimulator, the determination unit preferably determines the output level based on the average of the maximum output voltages when the conversion coefficient K is 1 or more and a predetermined value or less.

本発明に係る前庭電気刺激装置は、電極から出力されるノイズ電気刺激の出力レベルを常時監視するとともに、出力レベルを段階的に表示する。これにより、断線エラーと判定される前に、利用者に電極の貼り直しを促すことができ、電極と皮膚との密着不良による電気刺激の中断を事前に回避することができる。 The vestibular electrical stimulator according to the present invention constantly monitors the output level of the noise electrical stimulus output from the electrodes and displays the output level stepwise. As a result, it is possible to urge the user to reattach the electrodes before the disconnection error is determined, and it is possible to avoid interruption of electrical stimulation due to poor adhesion between the electrodes and the skin in advance.

本発明の一実施形態による前庭電気刺激装置の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the vestibular electric stimulator according to one Embodiment of this invention.ノイズ電気刺激波形を形成するためのホワイトノイズのソースデータを例示する図である。It is a figure which illustrates the source data of the white noise for forming a noise electrical stimulation waveform.実施例１による出力レベル表示処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the output level display processing by Example 1. FIG.出力レベルの判定条件とその内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination condition of an output level, and the content thereof.表示部における表示画面を例示する図である。It is a figure which illustrates the display screen in the display part.実施例２による出力レベル表示処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the output level display process by Example 2. FIG.ホワイトノイズ電気刺激の波形と変換係数K(t)との関係を例示する図である。It is a figure which exemplifies the relationship between the waveform of white noise electrical stimulation, and the conversion coefficient K (t).

以下、本発明に係る前庭電気刺激装置の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。前庭電気刺激装置（以下「ＧＶＳ装置」と称する。）は、前庭機能障害を有する患者の末梢前庭系に経皮的にノイズ電気刺激を与えることにより、当該患者の体平衡機能の改善を図る装置である。めまいやふらつき等を有する患者であっても、携帯型のＧＶＳ装置を装着することで、通常程度の日常生活を送ることができるよう支援することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the vestibular electrical stimulator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The vestibular electrical stimulator (hereinafter referred to as "GVS device") is a device for improving the body balance function of a patient with vestibular dysfunction by percutaneously applying noise electrical stimulation to the peripheral vestibular system of the patient. Is. Even a patient with dizziness or light-headedness can be assisted by wearing a portable GVS device so that he / she can lead a normal daily life.

図１は、本発明の一実施形態による携帯型のＧＶＳ装置１の回路ブロック図である。ＧＶＳ装置１は、左右一対の電極パッドにそれぞれアウト側の電極１１及びリターン側の電極１２を埋め込んだ耳掛け式の電極装着具と、ケーブルを介して電極１１、１２にノイズ刺激電流を出力するコントローラ１０とを備え構成される。 FIG. 1 is a circuit block diagram of aportable GVS device 1 according to an embodiment of the present invention. TheGVS device 1 outputs a noise stimulating current to theelectrodes 11 and 12 via an ear-hook type electrode wearing device in which an out-side electrode 11 and a return-side electrode 12 are embedded in a pair of left and right electrode pads, respectively. It is configured to include acontroller 10.

なお、図示はしないが、電極装着具は、略半円弧索状の弾性フレームと、その両先端部分に各電極１１、１２をそれぞれ埋め込んだ電極パッド及び耳掛け部を有している。弾性フレームを患者の首の後ろ側に掛け回して、各先端部の耳掛け部を左右の外耳に引っ掛けて装着することにより、各電極１１、１２を左右の耳たぶの後部に密着させることができる。電極１１、１２を介して耳たぶの後部から微弱なホワイトノイズ電流を体内に流すことで、内耳奥にある末梢前庭を刺激し、神経系に適度な反応を生じさせることができる。 Although not shown, the electrode mounting tool has a substantially semicircular arc-shaped elastic frame, an electrode pad in whichelectrodes 11 and 12 are embedded in both tip portions thereof, and an ear hook portion. By hanging the elastic frame around the back side of the patient's neck and hooking the ear hooks at the tips to the left and right outer ears, theelectrodes 11 and 12 can be brought into close contact with the rear parts of the left and right ear lobes. .. By passing a weak white noise current into the body from the rear part of the earlobe through theelectrodes 11 and 12, the peripheral vestibule behind the inner ear can be stimulated and an appropriate reaction can be generated in the nervous system.

コントローラ１０のＥＰＲＯＭ１０２には、例えば図２に示すようなホワイトノイズ波形のノイズ電気刺激ソースデータが複数種類記憶されている。ホワイトノイズとは、あらゆる周波数成分を同等に含むノイズである。時間経過とともに振幅及び周期がランダムに変化するホワイトノイズで刺激することで、複数の患者において有意な歩行速度の増加が認められている。ＥＰＲＯＭ１０２には、例えば２００秒間のホワイトノイズを模したソース波形データが記憶されており、マイコン１０１がこの２００秒を１周期とするホワイトノイズを繰り返し再現することにより、長時間連続したノイズ波形の電気刺激を形成することができる。 The EPROM 102 of thecontroller 10 stores, for example, a plurality of types of noise electrical stimulation source data having a white noise waveform as shown in FIG. White noise is noise that contains all frequency components equally. Stimulation with white noise, whose amplitude and cycle change randomly over time, has been shown to significantly increase walking speed in multiple patients. For example, the EPROM 102 stores source waveform data that imitates white noise for 200 seconds, and themicrocomputer 101 repeatedly reproduces the white noise with 200 seconds as one cycle to generate electricity with a noise waveform that is continuous for a long time. A stimulus can be formed.

ＲＡＭ１０３には、設定されたホワイトノイズの波形識別情報、電流レンジ設定値、連続動作時間（設定時間ともいう。）等の設定情報が一時的に記憶されている。これらノイズ波形、電流レンジ、設定時間等といったＧＶＳ装置１の動作条件は、設定操作部１０４から入力及び変更することができる。 TheRAM 103 temporarily stores the set white noise waveform identification information, the current range set value, the continuous operation time (also referred to as the set time), and other setting information. The operating conditions of theGVS device 1, such as the noise waveform, the current range, and the set time, can be input and changed from thesetting operation unit 104.

ここで、電流レンジとは、ノイズ電気刺激として電極１１、１２から出力する電流範囲をいい、電流レンジ設定値（Irange）とは、設定された電流レンジにおける最大電流の絶対値を意味する。この電流レンジは、患者の年齢、性別、体機能障害の程度等に応じ、予め患者の最適刺激レベルを試験することで決められる。なお、その日の患者の体調等に応じて適宜設定してもよい。 Here, the current range means the current range output from theelectrodes 11 and 12 as noise electrical stimulation, and the current range set value (Irange) means the absolute value of the maximum current in the set current range. This current range is determined by testing the optimal stimulation level of the patient in advance according to the age, gender, degree of physical dysfunction, etc. of the patient. It should be noted that it may be appropriately set according to the physical condition of the patient on that day.

マイコン１０１は、ホワイトノイズを模した波形データをＥＰＲＯＭ１０２から読み取り、設定された電流レンジに合わせて、読み取った波形データに従う電流指令値Ic(t)をＤＡ変換部１０５に出力する。ここで、電流指令値Ic(t)は、設定された電流レンジにおけるノイズ電気刺激の波形を形成する、時間ｔに依存するデジタルの指令値であり、ＤＡ変換部１０５によりロジックレベル（０〜５Ｖ）の電圧値に変換される。そして更に電流指令値は、レベルシフト回路部１０６により、ロジックレベルから±２０Ｖの駆動レベルに変換される。 Themicrocomputer 101 reads the waveform data imitating white noise from theEPROM 102, adjusts to the set current range, and outputs the current command value Ic (t) according to the read waveform data to theDA conversion unit 105. Here, the current command value Ic (t) is a digital command value depending on the time t that forms the waveform of the noise electrical stimulation in the set current range, and is a logic level (0 to 5 V) by the DA conversion unit 105. ) Is converted to a voltage value. Further, the current command value is converted from the logic level to the drive level of ± 20 V by the levelshift circuit unit 106.

電圧−電流変換部１０７は、電流指令値Ic(t)に従ったノイズ刺激電流が、一対の電極１１、１２を介して患者の体内（体内抵抗１３）を流れるようフィードバック制御されるオペアンプ回路により構成される。電圧−電流変換部１０７のアウト側電極１１から患者の体内に流れる電流は、体内抵抗１３を経てリターン側抵抗１２により回収され、その値が電流検出抵抗１０８により検出される。電流検出抵抗１０８により検出された電圧値は、電圧−電流変換部１０７（オペアンプの負入力）にフィードバックされ、レベルシフト回路部１０６の出力である±２０Ｖの電流指令値と比較されることにより、電圧−電流変換が行われる。 The voltage-current converter 107 is feedback-controlled by an operational amplifier circuit so that a noise stimulating current according to a current command value Ic (t) flows through the patient's body (internal resistance 13) via a pair ofelectrodes 11 and 12. It is composed. The current flowing from the out-side electrode 11 of the voltage-current conversion unit 107 into the patient's body is recovered by the return-side resistor 12 via theinternal resistance 13, and the value is detected by the current detection resistor 108. The voltage value detected by the current detection resistor 108 is fed back to the voltage-current conversion unit 107 (negative input of the operational amplifier) and compared with the current command value of ± 20V which is the output of the levelshift circuit unit 106. Voltage-current conversion is performed.

マイコン１０１は、タイマ１１３が設定時間のカウントを終了するまで、上記シーケンスを繰り返すことにより、ホワイトノイズを模した電気刺激が電極１１、１２を介して設定時間連続して患者に与えられる。ＧＶＳ装置１が正常に動作する間、表示部１１２には、例えば図５に示すように、設定時間及び経過時間とともに、ホワイトノイズの波形（例えば「Ｂ」）、電流レンジ（例えば「±１５０μＡ」）、後述する出力レベル（例えば「３」）等の動作情報が表示される。このような数値や文字情報を表示する表示部１１２として、例えばＬＥＤドットマトリクス表示器を用いることができる。 By repeating the above sequence until the timer 113 finishes counting the set time, themicrocomputer 101 gives the patient an electrical stimulus imitating white noise continuously for the set time via theelectrodes 11 and 12. While theGVS device 1 operates normally, the display unit 112 is displayed with a white noise waveform (for example, “B”) and a current range (for example, “± 150 μA”) together with a set time and an elapsed time, for example, as shown in FIG. ), Operation information such as the output level (for example, "3") described later is displayed. As the display unit 112 for displaying such numerical values and character information, for example, an LED dot matrix display can be used.

本実施形態によるＧＶＳ装置１は、電極１１、１２が外れた場合やケーブルの断線を判定する断線検出部を備えている。断線検出部は、図１に示されるレベルシフト回路部１０９、ＡＤ変換部１１０及び判定部１１１を備えて構成される。電圧−電流変換部１０７により電極１１から出力される±２０Ｖレンジの出力電圧は、レベルシフト回路部１０９により５Ｖレンジのロジックレベルの電圧値に降圧される。そしてロジックレベルの出力電圧がＡＤ変換部１１０によりデジタル値に変換されマイコン１０１に入力される。判定部１１１は、電圧−電流変換部１０７の出力電圧（又は電極１１、１２間の電圧）が±２０Ｖに振り切れた場合に断線（又は電極１１、１２が皮膚から剥がれている）と判定する。マイコン１０１は、断線を検出すると、動作停止及びエラー報知等のエラー処理を実行する。 TheGVS device 1 according to the present embodiment includes a disconnection detection unit that determines when theelectrodes 11 and 12 are disconnected or the cable is disconnected. The disconnection detection unit includes a levelshift circuit unit 109, anAD conversion unit 110, and adetermination unit 111 shown in FIG. The ± 20V range output voltage output from theelectrode 11 by the voltage-current conversion unit 107 is stepped down to a logic level voltage value in the 5V range by the levelshift circuit unit 109. Then, the output voltage at the logic level is converted into a digital value by theAD conversion unit 110 and input to themicrocomputer 101. Thedetermination unit 111 determines that the wire is broken (or theelectrodes 11 and 12 are peeled off from the skin) when the output voltage (or the voltage between theelectrodes 11 and 12) of the voltage-current conversion unit 107 swings to ± 20V. When themicrocomputer 101 detects a disconnection, it executes error processing such as operation stop and error notification.

電極１１、１２が皮膚から剥がれかけていたり、汗で電極１１、１２が浮きかけたり、又は皮膚が乾燥していて皮膚抵抗が高いままＧＶＳ装置１の使用を継続すると、電極１１、１２間の抵抗が増加して断線と誤判定され、刺激が度々中断する場合がある。本実施形態によるＧＶＳ装置１は、そのような電極１１、１２と皮膚との密着不良等による望ましくない中断を回避するために、出力レベル表示機能を有している。出力レベル表示機能は、上述の断線検出部を利用して、マイコン１０１の判定部１１１がノイズ電気刺激の出力レベルを随時判定し、例えば５段階（数字又はバー表示等でもよい）で表示部に１１２に出力レベルを表示する。
電極１１、１２の出力電圧は、電極１１、１２と皮膚との電気抵抗（インピーダンス）に影響されるので、電気刺激の出力レベルを段階的に表示することで、電極１１、１２が皮膚にしっかりと貼り付いているか又は剥がれかけた状態か、又は皮膚抵抗が高い状態かを利用者に知らせることができる。このように電気刺激の出力レベルを表示することにより、断線エラーと判定される前に、電極を抑えて密着させるとか、ケーブルが引っ張られないよう気を付けるとか、ケーブルの配置を変更するとか、又は利用者に電極１１、１２の貼り直しを促すことができ、電極１１、１２の密着不良による電気刺激の中断を事前に回避することができる。If theelectrodes 11 and 12 are peeling off from the skin, theelectrodes 11 and 12 are lifted by sweat, or if the skin is dry and the skin resistance is high and the use of theGVS device 1 is continued, between theelectrodes 11 and 12. The resistance may increase and it may be erroneously determined as a disconnection, and the stimulation may be interrupted frequently. TheGVS device 1 according to the present embodiment has an output level display function in order to avoid an undesired interruption due to poor adhesion between theelectrodes 11 and 12 and the skin. In the output level display function, thedetermination unit 111 of themicrocomputer 101 determines the output level of the noise electrical stimulation at any time by using the above-mentioned disconnection detection unit, and the display unit is displayed in, for example, five stages (may be a number or a bar display). The output level is displayed on 112.
Since the output voltage of theelectrodes 11 and 12 is affected by the electrical resistance (impedance) between theelectrodes 11 and 12 and the skin, by displaying the output level of the electrical stimulation step by step, theelectrodes 11 and 12 are firmly attached to the skin. It is possible to inform the user whether the skin is stuck or peeled off, or the skin resistance is high. By displaying the output level of electrical stimulation in this way, before it is determined that a disconnection error has occurred, the electrodes can be held down and brought into close contact with each other, care must be taken not to pull the cable, or the arrangement of the cable can be changed. Alternatively, the user can be urged to reattach theelectrodes 11 and 12, and interruption of electrical stimulation due to poor adhesion of theelectrodes 11 and 12 can be avoided in advance.

以下、本発明において特徴的な出力レベル表示機能の具体的な実施例をフローチャートに基づいて説明する。出力レベル表示機能は、マイコン１０１のＣＰＵ（判定部１１１）が演算処理を実行することにより実現される機能である。 Hereinafter, specific examples of the characteristic output level display function in the present invention will be described with reference to the flowchart. The output level display function is a function realized by the CPU (determination unit 111) of themicrocomputer 101 executing arithmetic processing.

（実施例１）
図３を参照し、実施例１による出力レベル表示処理を具体的に説明する。処理が起動されると、マイコン１０１は、タイマ１１３の時間カウンタを初期化し、時間の計測を開始する（ステップＳ１１）。また、電極１１から出力するノイズ電気刺激の最大出力電圧VoutMaxを０に初期化する（ステップＳ１２）。ここで、VoutMaxは、ノイズ電気刺激の最大出力電圧の値を格納する変数である。(Example 1)
The output level display process according to the first embodiment will be specifically described with reference to FIG. When the process is started, themicrocomputer 101 initializes the time counter of the timer 113 and starts the time measurement (step S11). Further, the maximum output voltage VoutMax of the noise electrical stimulation output from theelectrode 11 is initialized to 0 (step S12). Here, VoutMax is a variable that stores the value of the maximum output voltage of the noise electrical stimulation.

判定部１１１は、電極１１又は出力段オペアンプ１０７の出力電圧Voutの絶対値|Vout|が１９Ｖ以上かを判断する（ステップＳ１３）。出力電圧Voutが±１９Ｖ以上に振り切れていれば（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、マイコン１０１は、動作停止及びエラー報知等の断線エラー処理を行う（ステップＳ１４）。
なお、判定部１１１（断線検出部）は、一対の電極１１、１２間の電圧Vout_dを監視し、Vout_dが±１９Ｖ以上に振り切れたときに断線エラーと判定してもよい。Thedetermination unit 111 determines whether the absolute value | Vout | of the output voltage Vout of theelectrode 11 or the output stageoperational amplifier 107 is 19 V or more (step S13). If the output voltage Vout swings to ± 19V or more (step S13: Yes), themicrocomputer 101 performs disconnection error processing such as operation stop and error notification (step S14).
The determination unit 111 (disconnection detection unit) may monitor the voltage Vout_d between the pair ofelectrodes 11 and 12 and determine that a disconnection error occurs when Vout_d swings to ± 19V or more.

出力電圧の絶対値|Vout|が１９Ｖよりも小さければ（ステップＳ１３：Ｎｏ）、正常動作中と判断され、判定部１１１は、次に出力電圧の絶対値|Vout|と、上述の最大出力電圧VoutMaxとを比較する（ステップＳ１５）。|Vout|＞VoutMaxであれば（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、最大出力電圧VoutMaxが、出力電圧の絶対値|Vout|に更新される（ステップＳ１６）。 If the absolute value | Vout | of the output voltage is smaller than 19V (step S13: No), it is determined that normal operation is in progress, and thedetermination unit 111 then determines the absolute value of the output voltage | Vout | and the above-mentioned maximum output voltage. Compare with VoutMax (step S15). If | Vout |> VoutMax (step S15: Yes), the maximum output voltage VoutMax is updated to the absolute value | Vout | of the output voltage (step S16).

なお、断線検出と同様に、電極１１、１２間の電圧Vout_dを監視し、その最大値により上記の最大出力電圧VoutMaxを更新してもよい。 As in the case of disconnection detection, the voltage Vout_d between theelectrodes 11 and 12 may be monitored, and the maximum output voltage VoutMax may be updated according to the maximum value thereof.

判定部１１１は、上述の断線判定処理（ステップＳ１３）及び最大出力電圧の検出処理（ステップＳ１５、Ｓ１６）を、タイマ１１３が所定時間である例えば１分を計測するまで繰り返す（ステップＳ１７）。そして、起動から１分を経過したタイミングで（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、判定部１１１は、その１分間に出力されたノイズ電気刺激の最大出力電圧VoutMaxのレベルを判定する（ステップＳ１８）。 Thedetermination unit 111 repeats the above-mentioned disconnection determination process (step S13) and maximum output voltage detection process (steps S15 and S16) until the timer 113 measures, for example, 1 minute, which is a predetermined time (step S17). Then, at the timing when 1 minute has passed from the start (step S17: Yes), thedetermination unit 111 determines the level of the maximum output voltage VoutMax of the noise electrical stimulation output in that 1 minute (step S18).

例えば図４に示すように、最大出力電圧VoutMaxの値に応じて５段階のレベルが判断される。電極１１、１２と皮膚との密着状態が悪い（つまり電極が剥がれかけている）程、接点のインピーダンスが高くなる。電極１１、１２と皮膚とのインピーダンスが高まれば、最大出力電圧VoutMaxも大きくなることから、出力レベルによって電極１１、１２と皮膚との密着状態を示すことができる。 For example, as shown in FIG. 4, five levels are determined according to the value of the maximum output voltage VoutMax. The poorer the contact state between theelectrodes 11 and 12 and the skin (that is, the electrodes are about to peel off), the higher the impedance of the contact. As the impedance between theelectrodes 11 and 12 and the skin increases, the maximum output voltage VoutMax also increases, so that the contact state between theelectrodes 11 and 12 and the skin can be indicated depending on the output level.

マイコン１０１は、判定部１１１が判定した出力レベルを、例えば図５に示すように数字で表示部１１２に表示する（ステップＳ１９）。また、出力レベルに応じて、メッセージを表示してもよい。例えば、レベル「５」であれば、「電極が剥がれかけています。もう一度貼り直してください。」、また、レベル「４」であれば、「電極が剥がれかけています。確認してください。」のような警告又は注意文を出力レベルの数字の脇に併記することができる。 Themicrocomputer 101 displays the output level determined by thedetermination unit 111 on the display unit 112 as a number, for example, as shown in FIG. 5 (step S19). In addition, a message may be displayed depending on the output level. For example, if the level is "5", "The electrode is peeling off. Please reattach.", And if the level is "4", "The electrode is peeling off. Please check." A warning or caution statement such as may be added next to the output level number.

本実施形態のＧＶＳ装置１によれば、電極１１、１２から出力されるノイズ電気刺激の出力レベルを常時監視するとともに、表示部１１２に出力レベルを段階的に表示する。これにより、断線エラーと判定される前に、利用者に電極１１、１２の貼り直しを促すことができ、電極１１、１２と皮膚との密着不良による電気刺激の中断を事前に回避することができる。 According to theGVS device 1 of the present embodiment, the output level of the noise electrical stimulation output from theelectrodes 11 and 12 is constantly monitored, and the output level is displayed stepwise on the display unit 112. As a result, it is possible to urge the user to reattach theelectrodes 11 and 12 before the disconnection error is determined, and it is possible to avoid interruption of electrical stimulation due to poor adhesion between theelectrodes 11 and 12 and the skin in advance. it can.

（実施例２）
他の実施形態として、判定部１１１は、上述の電流指令値Ic(t)から推定されるノイズ電気刺激の最大出力電圧VoutMaxを演算し、出力レベルを判定してもよい。(Example 2)
As another embodiment, thedetermination unit 111 may calculate the maximum output voltage VoutMax of the noise electrical stimulation estimated from the above-mentioned current command value Ic (t) and determine the output level.

ここで、最大出力電圧VoutMaxを演算するための変換係数K(t)を、下記の式（１）で定義する。

変換係数K(t)＝電流レンジ設定値Irange／電流指令値Ic(t) ・・・式（１）

最大出力電圧VoutMax(t)は、下記の式（２）を用いて、すなわち出力電圧Voutに変換係数K(t)を乗算することにより推定することができる。

最大出力電圧VoutMax(t)＝変換係数K(t)×出力電圧Vout ・・・式（２）
Here, the conversion coefficient K (t) for calculating the maximum output voltage VoutMax is defined by the following equation (1).

Conversion coefficient K (t) = Current range set value Irange / Current command value Ic (t) ・ ・ ・ Equation (1)

The maximum output voltage VoutMax (t) can be estimated using the following equation (2), that is, by multiplying the output voltage Vout by the conversion coefficient K (t).

Maximum output voltage VoutMax (t) = conversion coefficient K (t) x output voltage Vout ・ ・ ・ Equation (2)

しかし、電流指令値Ic(t)から最大出力電圧VoutMaxを推定する数式（１）、（２）の方法においては、指令値Ic(t)の電流が小さくなるほど精度が悪くなり、また皮膚の静電容量によっては実際に出力されるノイズ波形がなまり、そのため、最大出力電圧VoutMaxに誤差が生ることがある。そこで、より精度を高めるため、図６のフローチャートに示すように、ノイズ刺激の電流値が一定以上大きい範囲で平均化した最大出力電圧平均VoutMaxMeanに基づいて、出力レベルを判定することが好ましい。そこで、図６を参照し、実施例２による出力レベル表示処理を具体的に説明する。 However, in the methods (1) and (2) for estimating the maximum output voltage VoutMax from the current command value Ic (t), the accuracy becomes worse as the current of the command value Ic (t) becomes smaller, and the skin is still. Depending on the capacitance, the noise waveform that is actually output is blunted, which may cause an error in the maximum output voltage VoutMax. Therefore, in order to further improve the accuracy, it is preferable to determine the output level based on the maximum output voltage average VoutMaxMean averaged in a range in which the current value of the noise stimulus is larger than a certain level, as shown in the flowchart of FIG. Therefore, the output level display process according to the second embodiment will be specifically described with reference to FIG.

マイコン１０１は、先ず出力電圧Voutの平均を演算するため、出力電圧Voutを計測する回数であるカウント変数Countを初期化する（ステップＳ２１）。ここでは、カウント変数Countの初期値として、例えば８が入力される。
また、マイコン１０１は、最大出力電圧の積算値を格納する変数Sumを０に初期化する（ステップＳ２２）。First, themicrocomputer 101 initializes the count variable Count, which is the number of times the output voltage Vout is measured, in order to calculate the average of the output voltage Vout (step S21). Here, for example, 8 is input as the initial value of the count variable Count.
Further, themicrocomputer 101 initializes the variable Sum that stores the integrated value of the maximum output voltage to 0 (step S22).

判定部１１１は、電極１１（又は出力段オペアンプ１０７）の出力電圧Voutの絶対値|Vout|が１９Ｖ以上かを判断する（ステップＳ２３）。出力電圧Voutが±１９Ｖ以上に振り切れていれば（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、マイコン１０１は、動作停止及びエラー報知等の断線エラー処理を行う（ステップＳ２４）。 Thedetermination unit 111 determines whether the absolute value | Vout | of the output voltage Vout of the electrode 11 (or the output stage operational amplifier 107) is 19 V or more (step S23). If the output voltage Vout swings to ± 19V or more (step S23: Yes), themicrocomputer 101 performs disconnection error processing such as operation stop and error notification (step S24).

出力電圧の絶対値|Vout|が１９Ｖよりも小さければ（ステップＳ２３：Ｎｏ）、正常動作中と判断される。判定部１１１は、上述の式（１）を用い、電流レンジ設定値Irange及び現時点の電流指令値Ic(t)から変換係数K(t)を演算する（ステップＳ２５）。 If the absolute value | Vout | of the output voltage is smaller than 19V (step S23: No), it is determined that normal operation is in progress. Thedetermination unit 111 calculates the conversion coefficient K (t) from the current range set value Irange and the current current command value Ic (t) using the above equation (1) (step S25).

判定部１１１は、変換係数K(t)の絶対値|K(t)|が１以上かつ２以下か判断する（ステップＳ２６）。 Thedetermination unit 111 determines whether the absolute value | K (t) | of the conversion coefficient K (t) is 1 or more and 2 or less (step S26).

ここで、電流指令値Ic(t)は、マイコン１０１により下記式（３）の範囲で指令される。

−Irange≦Ic(t)≦＋Irange ・・・式（３）

上記式（１）、（３）によれば、変換係数K(t)は、−∞から−１及び＋１から＋∞の値となる。ここで、図７に、ホワイトノイズ電気刺激の波形と変換係数K(t)との関係を例示する。同図から容易に理解できるように、ステップＳ２６で判断される、変換係数の絶対値|K(t)|が１以上かつ２以下とは、電流指令値Ic(t)、すなわちノイズ刺激の電流値が電流レンジの１／２よりも大きい範囲であることを意味する。Here, the current command value Ic (t) is commanded by themicrocomputer 101 within the range of the following equation (3).

−Irange ≤ Ic (t) ≤ + Irange ・ ・ ・ Equation (3)

According to the above equations (1) and (3), the conversion coefficient K (t) is a value from −∞ to -1 and from +1 to +∞. Here, FIG. 7 illustrates the relationship between the waveform of the white noise electrical stimulation and the conversion coefficient K (t). As can be easily understood from the figure, the absolute value | K (t) | of the conversion coefficient determined in step S26 is 1 or more and 2 or less, that is, the current command value Ic (t), that is, the noise stimulation current. It means that the value is in the range larger than 1/2 of the current range.

判定部１１１は、ノイズ電気刺激の電流指令値が電流レンジの１／２よりも大きい場合に限り（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、上記の式（２）を使って、最大出力電圧VoutMax(t)を演算し、その演算した値を変数Sumに積算する（ステップＳ２７）。そして、カウント変数Countの値を１だけデクリメントする（ステップＳ２８）。 Thedetermination unit 111 uses the above equation (2) to set the maximum output voltage VoutMax (t) only when the current command value of the noise electrical stimulation is larger than 1/2 of the current range (step S26: Yes). The calculation is performed, and the calculated value is integrated into the variable Sum (step S27). Then, the value of the count variable Count is decremented by 1 (step S28).

判定部１１１は、上述の断線判定処理（ステップＳ２３）及び最大出力電圧の積算処理（ステップＳ２７、Ｓ２８）を、所定回数（例えば８回）繰り返す（ステップＳ２９）。判定部１１１は、カウント変数Countの値が０になったと判断すると（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、変数Sumをカウント変数Countの初期値８で除算して（ステップＳ３０）、最大出力電圧平均VoutMaxMeanを求める（ステップＳ３０）。 Thedetermination unit 111 repeats the above-mentioned disconnection determination process (step S23) and the maximum output voltage integration process (steps S27 and S28) a predetermined number of times (for example, eight times) (step S29). When thedetermination unit 111 determines that the value of the count variable Count has become 0 (step S29: Yes), thedetermination unit 111 divides the variable Sum by theinitial value 8 of the count variable Count (step S30) to obtain the maximum output voltage average VoutMaxMean. (Step S30).

なお、判定部１１１は、電極１１、１２間の電圧Vout_dに変換係数K(t)を乗算して最大出力電圧の平均を求めてもよい。 Thedetermination unit 111 may multiply the voltage Vout_d between theelectrodes 11 and 12 by the conversion coefficient K (t) to obtain the average of the maximum output voltages.

そして、判定部１１１は、求めた最大出力電圧平均VoutMaxMeanのレベルを、例えば５段階で判定する（ステップＳ３１）。 Then, thedetermination unit 111 determines the level of the obtained maximum output voltage average VoutMaxMean in, for example, five steps (step S31).

そして、マイコン１０１は、判定部１１１が判定した出力レベルを表示部１１２に表示する（ステップＳ３２）。 Then, themicrocomputer 101 displays the output level determined by thedetermination unit 111 on the display unit 112 (step S32).

このような処理の出力レベル表示機能により、ＧＶＳ装置１が断線エラーと判定する前に、利用者に電極１１、１２の密着不良による貼り直しを促すことができ、電気刺激の中断を事前に回避することができる。 The output level display function of such processing can prompt the user to reattach theelectrodes 11 and 12 due to poor adhesion before theGVS device 1 determines that the disconnection error occurs, and avoids interruption of electrical stimulation in advance. can do.

１ ＧＶＳ装置
１０ コントローラ
１１ 電極（アウト側）
１２ 電極（リターン側）
１３ 体内抵抗
１０１ マイコン
１０２ ＥＰＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ 設定操作部
１０５ ＤＡ変換部
１０６ レベルシフト回路部
１０７ 電圧−電流変換部
１０８ 電流検出抵抗
１０９ レベルシフト回路部
１１０ ＡＤ変換部
１１１ 判定部
１１２ 表示部
１１３ タイマ1GVS device 10Controller 11 Electrode (out side)
12 Electrodes (return side)
13Internal resistance 101Microcomputer 102 EPROM
103 RAM
104Setting operation unit 105DA conversion unit 106 Levelshift circuit unit 107 Voltage-current conversion unit 108Current detection resistor 109 Levelshift circuit unit 110AD conversion unit 111 Judgment unit 112 Display unit 113 Timer

Claims (1)

Translated fromJapanese

患者の皮膚に密着させた一対の電極を介して当該患者の末梢前庭系にノイズ電気刺激を与える前庭電気刺激装置であって、
前記電極から出力される前記ノイズ電気刺激の出力レベルを判定する判定部と、判定された前記出力レベルを段階的に表示する表示部と、
患者ごとに設定される電流レンジ設定値を記憶する電流レンジ記憶部と、
前記ノイズ電気刺激の波形を形成する電流指令値に従った電流を前記電極から出力する電流変換部とを備え、
ここで、変換係数Ｋが、
変換係数Ｋ＝電流レンジ設定値／電流指令値
で定義されるものとし、
前記判定部は、前記ノイズ電気刺激の出力電圧に前記変換係数Ｋを乗算することにより、推定される前記ノイズ電気刺激の最大出力電圧を演算し、前記変換係数Ｋが１以上かつ所定値以下であるときの前記最大出力電圧の平均に基づいて前記出力レベルを判定する、前庭電気刺激装置。A vestibular electrical stimulator that applies noise electrical stimulation to the patient's peripheral vestibular system via a pair of electrodes in close contact with the patient's skin.
A determination unit that determines the output level of the noise electrical stimulation output from the electrode, a display unit that displays the determined output level stepwise, and a display unit.
A current range storage unit that stores the current range setting value set for each patient,
It is provided with a current conversion unit that outputs a current according to a current command value forming a waveform of the noise electrical stimulation from the electrode.
Here, the conversion coefficient K is
Conversion coefficient K = current range set value / current command value shall be defined.
The determination unit calculates the estimated maximum output voltage of the noise electrical stimulation by multiplying the output voltage of the noise electrical stimulation by the conversion coefficient K, and the conversion coefficient K is 1 or more and a predetermined value or less. A vestibular electrical stimulator that determines the output level based on the average of the maximum output voltages at a given time.

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