JP3293390B2 - 筋電位フィードバック装置 - Google Patents
筋電位フィードバック装置Info
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Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
置に関する。
の電気現象を計測する技術が広く利用されており、その
代表的な計測器として心電計や、随意筋肉の活動により
生じる筋電位を計測する筋電図測定装置などがある。
枚の筋電位検出用電極(表面電極)を筋線維上に沿って
配置し、これらの各電極で検出した筋電位信号から、特
定の運動における神経筋接合部の位置及び分布を測定す
る装置(例えば特公平5−32057号公報)や、脳電
図(EEG)信号と筋電図(EMG)の二つの信号デー
タを利用して、被検者が睡眠状態の各種段階のいずれの
状態にあるのか、または覚醒状態であるのかを分析する
装置(例えば特開平2−1232号公報)が提案されて
いる。
電位を測定する装置は、上記提案の装置を含めて数多く
の研究・発表が行われているが、それらは、いずれも医
師などの専門化に対して検出信号波形を表示する装置構
成となっており、そのため、被検者などの一般の人が心
電図・筋電図を見てその電位の大きさなどを知る、とい
うような使われ方がされることはない。
おいては、神経障害により手足などが麻痺した身体障害
者や老人の筋力回復のため、リハビリテーションが行わ
れているが、その訓練が単純で面白くないことから、対
象者によっては訓練を続けるのが苦痛になることがあ
る。これを解消する方法の一つとして、リハビリテーシ
ョンを遊び感覚で行えるように工夫する等の方法が考え
られるが、そのような器具・装置などが実現化されてい
ないのが現状である。
技機の一つとして、テレビゲーム機などに代表されるゲ
ーム機があり、これらのゲーム機では、得点の表示から
遊技者の運動神経や反射神経などの運動能力を感覚的に
知ることは可能である。
な人をが楽しむことを対象としており、身体が不自由な
老人や身体障害者には不向きで、しかもマンマシンイン
ターフェースとなるコントローラが押しボタンやジョイ
スティックであることから、指先だけの僅かな力だけで
動作するため、身体の各部位の筋力回復のために利用す
ることはできない。
もので、その目的とするところは、筋電位を検出する人
に対してその筋電位情報を伝える手段を備え、もって、
筋力のリハビリテーションや筋力測定などの各種分野に
広く利用できる筋電位フィードバック装置を提供するこ
とにある。
め、本発明装置は、人体の筋肉活動により生じる電位を
検出する筋電位検出手段と、その検出出力を所定の電気
信号に変換する信号処理手段と、この処理後の検出信号
に基づく筋電位情報を、筋電位検出手段が装着される人
に伝えるための出力手段を備えてなる筋電位フィードバ
ック装置であって、前記信号処理手段が、前記筋電位検
出手段の出力を所定の閾値と比較して2値の電気信号に
変換する回路であり、前記信号処理手段は、前記筋電位
検出手段の出力が前記閾値を超えた時点から所定の時間
が経過するまでの間は、前記筋電位検出手段の出力に関
係なく、前記出力手段への信号供給を禁止するように構
成されていることによって特徴づけられる。
手段としては、人体への着脱が簡単で衛生面にも問題の
ない表面電極を用いることが好ましい。また、筋電位検
出手段は、一人の使用者の複数の部位の筋電位を検出し
たり、あるいは1度に複数の人の筋電位を検出できるよ
うに、1台の装置に対し複数個を接続しておいてもよ
い。さらに、筋電位検出手段として表面電極を使用する
場合、その表面電極をバンドやジャケットの内面に配置
して、人体の皮膚に接触させてもよい。
を使用者らに伝える手段としては、数字やグラフあるい
は動画などを表示する表示装置、ランプ、音声発生装置
またはバイブレータなどが挙げられる。
手段の出力は、増幅後にアナログ信号の状態のままで出
力手段に供給してもよいし、あるいは検出出力を所定の
閾値と比較することで2値信号に変換してもよい。この
場合、2値化のための閾値は固定であってもよいし、任
意に変更できるようにしておいてもよい。また、筋電位
検出手段の出力を、それぞれ互いにレベルが異なる複数
の閾値と比較して、筋電位検出信号を例えば数段階のレ
ベルをもつ信号に弁別してもよい。
電位検出信号を、例えばコンピュータに導いてその筋電
位検出信号をコントロール入力とするゲーム機を構築す
ることも可能である。また、本発明では、筋電位検出信
号の大きさに応じて筋力の強さを、数字やグラフ等で表
示する筋力測定装置を構築することもできる。
などの配線により信号処理手段に導いてもよいし、ある
いは無線通信により信号処理手段に伝送するようにして
もよい。
の検出情報を知ることができるので、例えば、病人や老
人がリハビリテーションを行う際に、本発明装置を使用
すれば、筋電位の検出情報を筋肉を鍛えるための目安と
することができ、これにより、従来のように何の目標も
なく黙々と訓練を行うよりも意欲が沸いてくる。
力とするゲーム機を構成すれば、ゲームを楽しみなが
ら、同時にリハビリテーションを行うことができる。ま
た、この場合、老人の痴呆防止にも利用できる。
が必要な場合について考える。例えば、脳出血等の後遺
症として手が完全に麻痺した患者にリハビリテーション
を施す場合、一つの方法として、他人の介添えまたは自
分自身の自由が利く方の手を用いて、麻痺した手を動か
してやるという方法が挙げられるが、その運動中におい
て麻痺した手を動かす感触を半ば偶然に探り当てる必要
があり、この場合にも本発明装置を有効に利用すること
ができる。
テーションを施す手と介添えをする手との間を完全に絶
縁した状態で筋電位を測定すれば、麻痺した手を外部の
力により動かした場合には筋電位は発生しないが、患者
の意思として手が動いた場合には筋電位が発生する。従
って、麻痺した手を同じように動かしていても、それが
自分の意思か他人の意思であるのかを、筋電位情報によ
り区別することが可能となる結果、患者は麻痺した手を
動かすための感触をつかむことができる。
の強さに関する情報として使用者にフィードバックする
ことも可能で、これにより、例えば健康な人であっても
自分の身体のどの部位の筋力が不足しているのかを知る
ことができる。このことは、ウエートトレーニングの際
に筋力アップをはかる上での手助けとなる。
である。
は、手の甲などの測定部位の皮膚に貼着される。また、
測定部位の近傍には、必要に応じて、筋電位検出位置の
周辺をアース電位に置くための接地電極1cが貼着され
る。
電極間の筋肉が活動(収縮)したときに生じる筋電位を
検出するもので、その電位信号は差動増幅器2で約10
00倍程度にまで増幅された後、信号処理回路3に導か
れる。
ンパレータ3aとこの出力側に接続されたツェナダイオ
ード3bを備えており、そのコンパレータ3aに筋電位
検出信号が入力される。コンパレータ3aの比較電圧
(閾値)Vrは、直流電源電圧(15V)と可変抵抗器
3cによって与えられる。そして、この信号処理回路3
において、入力電圧である筋電位検出信号が、比較電圧
Vrを超えたときに、ツェナダイオード3bの逆方向電
圧(約5V)で電圧信号が出力され、これ以外の場合の
出力はツェナダイオード3bの順方向電圧(約-0.6V )
に保持される。従って、出力部に任意のTTL回路を接
続することによる制御が可能となり、その制御機器とし
てコンピュータ4が接続される。
の筋電位検出信号をコントロール信号とするプログラム
が組み込まれおり、そのプログラムの実行により筋電位
情報が表示装置(例えばCRT)5に表示される。
の例においてコンピュータ4は、公知のテレビゲーム用
コンピュータで、また、コントローラ30には、先に述
べた差動増幅器2、信号処理回路3及びTTLなどが組
み込まれている。
人で楽しむためのゲームソフトが組み込まれており、各
遊技者の左右の手にそれぞれ貼着する表面電極1a,1
bが2対づつ用意されている。また、ゲームの楽しみ方
は、例えば右手を握り締めると、表示画面上でピンポン
球をラケットでショットし、また左手を握り・開放の動
作を繰り返すことにより動画を画面上で移動させること
ができるようにプログラムされている。
リューム30aが設けられており、このボリューム30
aの操作によりコンピュータ4へのコントロール信号の
閾値つまり図2に示した信号処理回路3のコンパレータ
3aの比較電圧Vrを任意に変更することができる。
筋力が弱い病人や老人がリハビリテーションを行う際
に、まずは閾値を低いレベルに設定し、手の指を軽く曲
げた程度でゲーム機が動作するようにしておき、この状
態である程度の期間、リハビリテーションを継続し対象
者の筋力がアップしたときに、その筋力の向上に合わせ
て順次に閾値のレベルを上げてゆくといった使用法も可
能である。
リハビリテーションや老人の痴呆防止に使用するほか、
健康な若者向けのゲーム機としても使用できる。この場
合、従来のテレビゲーム機では指先だけの操作であるた
め、運動不足なる等の健康面で問題があったのに対し、
この例のゲーム機では、筋肉の運動により動作するの
で、ゲームを楽しめば楽しむほど健康になるといった効
果も期待できる。
1bは手のほか、身体のいずれの部位にも装着できるの
で、操作者が筋肉を鍛えたい場所、例えば足や腕などの
筋肉をゲームを楽しみながら自然に鍛えることができ
る。
て、心電位検出用の表面電極を設けるとともに、その心
電位検出信号に基づいて心拍数を求める機能手段を設け
て、その心拍数を表示装置5の画面上に表示するように
構成すれば、ゲーム中に操作者が自分でどのくらい興奮
しているのかを知ることができ、また、その心拍情報を
RPG(ロール・プレーイング・ゲーム)の主人公の心
拍数としてゲームに活かす等、ゲーム遊びに新たな要素
が加わってゲームの楽しみ方が広がる。なお、心電位
は、筋電位検出用と同等な一対の表面電極を使用し、そ
の一方(プラス側)を左手に、他方(マイナス側)を右
手に装着することで容易に測定することができる。
ントロール入力に利用する場合において、誤動作を防止
する方法を説明する。
使用して手の筋肉の筋電位を実際に測定したところ、図
4に示すような筋電図波形が得られた。なお、図4にお
いて(A) は手の力を抜いた状態のとき、また(B) は手の
握り動作を断続した状態、さらに(C) は手を握り締めた
ままの状態のときのそれぞれの波形図を示している。
握り締め動作を行ったときでも、筋電位は一つのパルス
状の信号とはならず、人体の特性やノイズ等により波形
に振動が現れる。このため、筋電位検出信号をコンピュ
ータへのコントロール入力とする場合には不必要な信号
成分の除去が必要となる。
示すように、筋電位波形が立ち上がった後に、最初に閾
値(図2のコンパレータ3aの比較電圧Vr)を超えた
時点で、一つのパルス信号(Hレベル)を発生し、この
時点から一定の時間(例えば0.05秒間)は信号出力を禁
止するといった回路を、信号処理回路3に組み込んでお
けば、ノイズ等による誤動作を回避することができて制
御性が向上する。
るには、コンパレータ3aとして、ヒステリシス・レベ
ルコンパレータを使用すればよい。
すように、表面電極1a,1bに電解質の物質を含んだ
ゲルGを着けて皮膚への密着性を高めておけば、筋電位
検出の感度が向上して、ノイズによる誤動作を抑制する
こともできる。
電極1a、1bを、図7に示すように、手に装着できる
伸縮自在のバンド6の内面に設けておけば、表面電極の
人体への着脱が簡単となる。
ロール入力として利用する場合の他の方法として、例え
ば、一人の使用者に対して両手・両足の計4か所の筋電
位を同時に検出して、その4チャンネルの筋電位検出信
号の2値を論理的に組み合わせて9チャンネルの信号を
得るといった方法もある。
検出信号を2値化してゲーム機などのコントロール入力
に利用した例を説明したが、このほか、筋電位検出信号
を利用して筋肉の強さを表示することもできる。その場
合、増幅した後の筋電位検出信号をそのまま利用してア
ナログ的に表示してもよいし、また、増幅後の筋電位検
出を、レベルが異なる複数の閾値と比較して、筋電位検
出信号を複数のレベルに弁別し、その階段状の信号を利
用するようにしてもよい。
合、図示しないが、洋服のジャケットのような形状に加
工した物の内面に、多数の表面電極を設けたものを利用
してもよい。この場合、例えば肩、胸、腹筋などの各部
位の筋電位を同時に検出できるので、多種の利用法が考
えられる。
て、その各表面電極からの信号を、時系列的に表示でき
るように構成すれば、ゴルフスイングやテニスのサーブ
の運動時の各部の筋肉の使い方、つまりスイング等の
際、各部の筋肉がどのような順序で、互いにどのような
間隔で動作しているのかを把握することができ、例えば
理想的なスイング等に対する相違からフォームを矯正す
る等の使用が可能となる。この場合、上述のようなジャ
ケットを利用する方法を採用し、さらには、各部の筋電
位レベルの大きさを合わせて表示するようにすれば、ど
の部位に力が入りすぎているのか等をも知ることができ
る。
さを表示する場合、その表示を例えば円グラフや棒グラ
フで行い、そのフルスケールを、筋力回復や補強のため
の目標値としておけば、リハビリテーションやウエイト
トレーニングなどの進行状況を視覚的に把握することが
可能になり、以後のスケジュールを検討する際の手助け
となる。
し、その山頂を目標値として、動物や漫画の主人公等の
キャラクタが、山の何合目まで上りつめたかによって筋
力の回復度などを表すようにすれば、遊び感覚があって
面白い表示となる。
能を付加した例を説明したが、本発明はこれに限定され
ることなく、例えば、筋電位検出信号が閾値を超えた時
点でランプを点灯させるか、あるいは音声を発生すると
いったきわめてシンプルな構成でも、使用者らに筋電位
情報を伝えることができる。
声で使用者に伝える場合、筋電位検出信号の大きさに応
じて、例えば「もう少し頑張りましょう」とか「よく頑
張りました」など表示や音声の発生を行えば、リハビリ
テーションの励みとなってより一層の効果が期待でき
る。
ことを目的とする場合は、筋電位検出信号が閾値を超え
た時点でバイブレータを駆動する構成とすれば、筋電位
情報を使用者の身体に直に伝えることができて効果的で
ある。なお、この場合、バイブレータは椅子の座面や背
もたれに配置しておけばよい。
面電極から信号処理回路への筋電位検出信号の伝送には
ケーブルなどの配線を使用してもよいし、あるいは、無
線通信により筋電位検出信号を信号処理回路に伝送する
ようにすれば、例えばゴルフスイングなどの運動中に筋
電位を測定する場合に配線が邪魔にならず使用勝手がよ
くなる。なお、無線通信を採用する場合は、ノイズ面が
問題となるが、差動増幅器等のアンプ類を筋電位検出側
(表面電極の近傍)に配置すれば、ノイズによる影響を
軽減できる。
筋電位検出手段を装着する人が、その筋電位情報を表示
や音声等により知ることができるので、例えば病人や老
人などがリハビリテーションを行う際に本発明装置を使
用すれば、筋電位情報が筋力アップの目標とすることが
でき、これにより、筋力回復訓練にメリハリができて、
この効果の向上が期待できる。また、本発明において筋
電位検出信号を利用してゲーム機を構築すれば、ゲーム
を楽しみながら同時にリハビリテーションを行うことが
可能となり、より一層の効果を期待できる。
るコンピュータもしくはビデオゲーム機の操作に代え
て、全身の筋肉を用いて操作するので、やればやるほど
健康の増進がはかれるゲーム機等を提供することができ
る。
が完全に麻痺した患者にリハビリテーションを施す場合
に本発明装置を使用すれば、訓練中に手を動かした際
に、それが患者自身の意思なのか、介添え人など補助に
よるものなのかを区別することが可能となり、その結
果、患者は麻痺した手を動かすための感触をつかむこと
ができる。
使用することが可能で、この場合、例えば、ゴルフスイ
ングやテニスのサーブなどフォームの矯正や、また、ウ
エートトレーニングを行うに当たり全身の筋肉をバラン
スよく鍛える場合などに有効な装置として利用できる。
ための方法の説明図
Claims (8)
- 【請求項1】 人体の筋肉活動により生じる電位を検出
する筋電位検出手段と、その検出出力を所定の電気信号
に変換する信号処理手段と、この処理後の検出信号に基
いて筋電位情報を、前記筋電位検出手段が装着される人
に伝えるための出力手段を備えてなる筋電位フィードバ
ック装置であって、前記信号処理手段が、前記筋電位検
出手段の出力を所定の閾値と比較して2値の電気信号に
変換する回路であり、前記信号処理手段は、前記筋電位
検出手段の出力が前記閾値を超えた時点から所定の時間
が経過するまでの間は、前記筋電位検出手段の出力に関
係なく、前記出力手段への信号供給を禁止するように構
成されていることを特徴とする筋電位フィードバック装
置。 - 【請求項2】 信号処理手段において前記筋電位検出手
段の出力と前記閾値とを比較する手段がヒステリシス・
レベルコンパレータであることを特徴とする請求項1に
記載の筋電位フィードバック装置。 - 【請求項3】 信号処理手段の出力部にTTL回路が接
続されることを特徴とする請求項1または2に記載の筋
電位フィードバック装置。 - 【請求項4】 人体の筋肉活動により生じる電位を検出
する筋電位検出手段と、その検出出力を所定の電気信号
に変換する信号処理手段と、この処理後の検出信号に基
いて筋電位情報を、前記筋電位検出手段が装着される人
に伝えるための出力手段を備えてなる筋電位フィードバ
ック装置であって、前記信号処理手段は、前記筋電位検
出手段の出力を、それぞれ互いにレベルが異る複数の閾
値と比較して、前記筋電位検出信号を複数のレベルの信
号に弁別することを特徴とする筋電位フィードバック装
置。 - 【請求項5】 出力手段が、任意のソフトを装着可能な
テレビゲーム機であり、前記信号処理手段の出力が前記
テレビゲーム機へのコントロール入力として供給される
ことを特徴とする請求項4に記載の筋電位フィードバッ
ク装置。 - 【請求項6】 出力手段が振動を発生するバイブレータ
であることを特徴とする請求項4に記載の筋電位フィー
ドバック装置。 - 【請求項7】 バイブレータが椅子に設けられているこ
とを特徴とする請求項6に記載の筋電位フィードバック
装置。 - 【請求項8】 筋電位検出手段が人体の皮膚に装着され
る表面電極であり、前記表面電極が、人体の皮膚に沿う
形状に加工されたホルダに取り付けられており、前記ホ
ルダが、衣服のジャケットと同等な形状で、その内面の
複数の部位に前記表面電極が取り付けられていることを
特徴とする請求項4に記載の筋電位フィードバック装
置。
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP04086295A Expired - Lifetime JP3293390B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 筋電位フィードバック装置 |
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