JP3800004B2

JP3800004B2 - 筋電位計測装置

Info

Publication number: JP3800004B2
Application number: JP2000388126A
Authority: JP
Inventors: 修関根; 葉一四宮
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002186591A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の運動時の筋放電量を計測し、運動時の筋肉の使用度合いを表示する筋電位計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療などの分野においては、人体（使用者）の筋肉使用状況を検査するために針電極や表面電極を使用して筋電位を計測、評価するための筋電図検査装置などがある。また、人体（使用者）の生体情報として筋電位を計測し、その情報を使ってロボットの制御や義手・義足の制御、又は計算機のキーボードの代わりとして入力手段にするなど、筋電信号を用いて制御対象を制御するものも提案されている。
【０００３】
具体的に筋電位を測定しようとするものとしては、特開平８−２２９０１５号公報に記載されているように、人体（使用者）の皮膚表面に電極を取り付けて筋電位の瞬時値を計測し、検出した筋電位の増幅後のアナログデータをそのまま出力（表示）したり、絶対的な閾値を設定しこの閾値と前記アナログデータとを比較して出力（表示）する筋電位フィードバック装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の特開平８−２２９０１５号公報に記載の構成においては、人体（使用者）から得られる筋電位の計測値は、皮膚表面から検出される筋電位の瞬時値を用いており、ノイズなどの影響を受けやすいという問題点があった。また、筋電位波形は振動しており、同じように力を出していてもその振幅は一定にはならないという問題点があった。
【０００５】
また、出力（表示）する情報は、検出した筋電位の増幅後のアナログデータをそのまま使用したり、絶対的な閾値を設定しこの閾値と前記アナログデータとを比較して使用しているため、筋電位により筋肉の使用状況を把握することは可能であるが、それが人体（使用者）にとって如何ほどの力であるのかを把握することは困難であるという問題点があった。これは、例えば同じ負荷を与えても筋力の強い人体（使用者）と弱い人体（使用者）とでは筋電位が異なる、すなわち筋力の弱い人体（使用者）は、筋力の強い人体（使用者）に比べて同一負荷に対して力を多く出す必要があり、筋放電位は大きいことになる。従って、閾値の設定によっては、人体（使用者）個人の筋力のレベルに応じた運動負荷を与えることが困難であり、人体（使用者）は過負荷を受けてしまう可能性があるということである。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、人体（使用者）個人のレベルに応じた情報を提示する筋電位計測装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の筋電位計測装置は、人体（使用者）１０表面に接するように設けられた少なくとも１対の電極を備えてなり、人体（使用者）１０に生じる筋電位を検出する機能を有してなる筋電位計測装置において、運動時の筋電位を増幅し、整流して絶対値を得る機能を有してなる増幅部３と、所定の時間間隔Ｔ１毎に前記絶対値を積分し、その積分値を筋放電量として算出する機能と、前記所定の時間間隔Ｔ１毎の積分を一定時間Ｔ２にわたり繰り返し、その各々の積分値中の最大値を最大筋放電量として算出する機能を有してなる積分部４と、前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を比較する機能を有してなる比較部５と、前記割合を人体（使用者）１０に提示する機能を有してなる表示部７と、を備えてなり、予め求めた前記最大筋放電量と前記運動時の筋放電量とを比較して、前記割合を人体に提示することを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の筋電位計測装置は、請求項１に記載の発明において、前記積分部４は、前記所定の時間間隔Ｔ１毎の積分を一定時間Ｔ２にわたって繰り返し、その各々の積分値中の最大値を前記最大筋放電量とすることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３に記載の筋電位計測装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記表示部７は、前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を、聴覚情報と視覚情報との少なくとも一方により提示する機能を有してなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項４に記載の筋電位計測装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記比較部５は、前記最大筋放電量を記憶しておくためのメモリ部６を有してなることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る筋電位計測装置のブロック図であり、図２は、筋電位を示す波形図であり、図３は、筋電位計測装置のパネル部の外観図である。
【００１２】
まず、筋電位計測装置は、図１に示すように、電極１及び電極２と、増幅部３と、積分部４と、比較部５と、メモリ部６と、表示部７とを有して構成されている。また、図３に示すように、パッケージ１３は、増幅部３と、積分部４と、比較部５と、メモリ部６と、表示部７とを備えて構成されている。
【００１３】
図３に示すように、１０は人体（使用者）であり、電極１及び電極２は、人体（使用者）１０の運動、訓練する部分に接するように配置され、電極１及び電極２は、人体（使用者）１０に生じる筋電位を検出する機能を有してなる。第１実施形態においては、電極１及び電極２は、人体（使用者）１０の腕部に配置されているが、電極１及び電極２の配置位置は勿論この場所に限るものではない。また、必要に応じて接地電極（図示せず）を人体（使用者）１０に設けてもよい。また、電極１及び電極２をベルト（図示せず）の内面に配置して、人体（使用者）１０に接するようにしても勿論よい。
【００１４】
また、増幅部３は、電極１及び電極２で検出した筋電位を増幅し、整流して絶対値を得る機能を有してなる。
【００１５】
積分部４は、増幅部３にて得た運動時の筋電位の絶対値を、所定の時間間隔Ｔ１毎に積分し、その積分値である筋放電量を算出する機能を有してなる。また、積分部４は、前記所定の時間間隔Ｔ１毎の積分を一定時間Ｔ２にわたり繰り返し、その各々の積分値中の最大値を最大筋放電量とする機能を有してなる。
【００１６】
比較部５は、運動時の筋放電量と最大筋放電量とを比較する機能を有してなる。メモリ部６は、最大筋放電量を記憶しておく機能を有してなる。なお、比較部５は、メモリ部６を有してなる構成である。
【００１７】
表示部７は、運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合を人体（使用者）１０にブザー７ａを用いて提示する機能を有してなる。なお、前記割合をディスプレイ（図示せず）上などに文字情報（視覚情報）を用い同時に表示しても勿論よい。ここで、第１実施形態の筋電位計測装置は、運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合を設定することを可能にする設定スイッチ１２を有してなり、表示部７は、運動時の筋放電量が最大筋放電量に対して、予め設定スイッチ１２で設定された割合を超えているときにブザー７ａを用いて提示する機能を有してなる。
【００１８】
以下に、動作説明を示す。まず、最大筋放電量の計測方法を示す。人体（使用者）１０は、ある一定時間Ｔ２（第１実施形態では４．５秒）の間に最大限の力を出すものである。最大限の力を出す方法としては、他者（図示せず）と力比べのようなことを行ったり、壁等（図示せず）の剛に固定されたものを利用して力を出す等の方法をあげることができる。人体（使用者）１０は、最大筋放電量の計測を開始するときには、計測開始スイッチ１１を押して後、前記一定時間Ｔ２内に最大限の力を出す。このとき、電極１及び電極２間に生じる筋電位が検出され、最大筋放電量が求まる。
【００１９】
そして、増幅部３により、この検出された筋電位を増幅し、整流して絶対値を得る。図２（ｂ）は、人体（使用者）１０が最大限の力を出したときの筋電位の波形図である。次に、積分部４により、この前記一定の時間Ｔ２内の絶対値を、運動時の筋放電量を計測する時間間隔である所定の時間間隔Ｔ１（第１実施形態では０．１秒）毎に積分することを繰り返し、その各々の積分値の中での最大値を最大筋放電量とする。つまり、前記一定時間Ｔ２である４．５秒間を４５等分して得られる４５個の積分値中の最大値を最大筋放電量とする。そして、メモリ部６は、この最大筋放電量を保存する。
【００２０】
次に、運動時の筋放電量の計測方法を示す。人体（使用者）１０が運動、訓練を開始し、電極１及び電極２間に生じる筋電位が検出される。そして、増幅部３によりこの検出された筋電位を増幅し、整流して絶対値を得る。図２（ａ）は、人体（使用者）１０が運動している時の筋電位の波形図であり、３秒間の筋電位の推移を示している。次に、この絶対値を積分部４により、所定の時間間隔Ｔ１（第１実施形態では０．１秒）毎に積分する。そして、比較部５は、このようにして得られた運動時の筋放電量とメモリ部６に保存されている最大筋放電量との割合を計算する。表示部７は、前記割合が予め設定スイッチ１２で設定された割合を超えているときにブザー７ａをならすことで人体（使用者）１０に提示する。
【００２１】
なお、前記一定時間Ｔ２は、勿論前記所定の時間間隔Ｔ１よりも長い必要があり、第１実施形態では４．５秒としたが、人体（使用者）１０が最大限の力を出すことができる時間以上であれば特にこの値を限定しない。
【００２２】
ここで、第１本実施形態においては、表示部７は、ブザー７ａといった聴覚情報を用いているが、この他に、チャイムなどの聴覚情報を用いて提示する手段や、ランプなどの光による視覚情報を用いて提示する手段や、言葉などの音声情報（聴覚情報）を用いて提示する手段等を有して構成されていても勿論よい。
かかる筋電位計測装置にあっては、増幅部３にて得た運動時の筋電位の絶対値を、所定の時間間隔Ｔ１毎に積分することでノイズの影響は受けにくい。また、運動時の筋放電量を、人体（使用者）１０個人の最大筋放電量と比較し、その情報を提示することで、人体（使用者）１０個人の筋力に応じて無理なく効果的に運動を行える筋電位計測装置を提供することができる。また、積分部４は、所定の時間間隔Ｔ１毎の積分を一定時間Ｔ２にわたって繰り返し、その各々の積分値中の最大値を最大筋放電量とするため、正確な最大筋放電量が採用される。また、表示部７は、運動時の筋放電量と最大筋放電量との正確な割合を聴覚情報により提示することで、人体（使用者）１０は、自分の運動状態を正確に把握できる。また、人体（使用者）１０の最大筋放電量は短い期間、例えば１、２週間では大きくは変化しないと考えられるため、メモリ部６に保存することで、毎回の運動開始前に最大筋放電量を計測する必要がなくなる。
【００２３】
次に、本発明の第２実施形態は、第１実施形態の表示部７が、インジケータであるようにしたものであり、表示部７以外の構成は第１実施形態と同様であり他は共通するため、同一箇所には同一符号を付して共通部分の説明は省略する。図４は、本発明の第２実施形態に係る筋電位計測装置のパネル部の外観図である。
【００２４】
第１実施形態では表示部７は、運動時の筋放電量が最大筋放電量に対して、予め設定スイッチ１２で設定された割合を超えていることを人体（使用者）１０にブザー７ａで提示する場合の例を示したが、第２実施形態では最大筋放電量に対する運動時の筋放電量の割合の変化を随時提示するような構成である。
【００２５】
表示部７は、運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合を人体（使用者）１０にランプの光によるインジケータ７ｂを用いて提示する機能を有してなる。このインジケータ７ｂは、運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合に追随して、前記割合のパーセント表示に対応して光る部分を設けた構成である。なお、前記割合をディスプレイ（図示せず）上などに文字情報（視覚情報）を用い同時に表示しても勿論よい。
【００２６】
以下に、動作説明を示す。表示部７は、運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合をインジケータで随時提示し、人体（使用者）１０が現状を把握しながら運動、訓練を行う。
【００２７】
ここで、第２本実施形態においては、表示部７は、ランプなどの光によるインジケータ７ｂといった視覚情報を用いて光る部分の量を変えているが、この他に、明るさや色合いを変えて提示する手段や、ブザーやチャイムなどの聴覚情報を用いて音量に強弱をつけたり、音に高低差をつけて提示する手段や、言葉などの音声情報（聴覚情報）で内容を変えて提示する手段等を有して構成されていても勿論よい。
【００２８】
かかる筋電位計測装置にあっては、表示部７は、運動時の筋放電量と最大筋放電量との正確な割合を視覚情報により提示することで、人体（使用者）１０は、自分の運動状態を正確に把握できる。
【００２９】
ここで、第１実施形態及び第２実施形態の筋電位計測装置では、運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合を設定するための設定スイッチ１２を有してなる場合の例を示したが、この設定スイッチ１２を設けず、設定スイッチ１２で設定すべき内容、つまり人体（使用者）１０が設定する運動時の筋放電量と最大筋放電量との割合を予めある一定値に設定しておくようにしてもよい。このような場合は、第１実施形態及び第２実施形態で示した例よりも部品数を減らすことが可能であるため、電極１及び電極２と計測・表示部分（パッケージ１３内部に搭載）を一体化させたような更に小型化した筋電位計測装置（図示せず）を構成することが可能である。
【００３０】
なお、本発明は上記の実施形態の筋電位計測装置に限定されるものではなく、特許請求の範囲の請求項に記載する内容の範囲で、各種の変形が可能であり、本発明はこれらの全てを含むものである。
【００３１】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る請求項１に記載の筋電位計測装置にあっては、人体（使用者）表面に接するように設けられた少なくとも１対の電極を備えてなり、人体（使用者）に生じる筋電位を検出する機能を有してなる筋電位計測装置において、運動時の筋電位を増幅し、整流して絶対値を得る機能を有してなる増幅部と、所定の時間間隔毎に前記絶対値を積分し、その積分値を筋放電量として算出する機能と、前記所定の時間間隔毎の積分を一定時間にわたり繰り返し、その各々の積分値中の最大値を最大筋放電量として算出する機能を有してなる積分部と、前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を比較する機能を有してなる比較部と、前記割合を人体に提示する機能を有してなる表示部と、を備えてなり、予め求めた前記最大筋放電量と前記運動時の筋放電量とを比較して、前記割合を人体に提示するようにしたもので、前記増幅部にて得た前記運動時の筋電位の絶対値を、前記所定の時間間隔毎に積分することでノイズの影響を受けにくくなるという効果を奏する。また、前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を提示することで、人体（使用者）個人の筋力に応じて無理なく効果的に運動を行える筋電位計測装置を提供することができるという効果を奏する。
【００３２】
また、請求項２に記載の筋電位計測装置にあっては、請求項１に記載の発明において、前記積分部は、前記所定の時間間隔毎の積分を一定時間にわたって繰り返し、その各々の積分値中の最大値を前記最大筋放電量とするようにしたもので、正確な前記最大筋放電量が採用されるという効果を奏する。
【００３３】
また、請求項３に記載の筋電位計測装置にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記表示部は、前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を聴覚情報と視覚情報との少なくとも一方により提示する機能を有してなるようにしたもので、前記人体（使用者）は、自分の運動状態を正確に把握できるという効果を奏する。
【００３４】
また、請求項４に記載の筋電位計測装置にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記比較部は、前記最大筋放電量を記憶しておくためのメモリ部を有してなるようにしたもので、前記最大筋放電量は短い期間では大きくは変化しないと考えられるため、毎回の運動開始前に前記最大筋放電量を計測する必要がなくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る筋電位計測装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る筋電位を示す波形図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る筋電位計測装置を示す外観図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る筋電位計測装置を示す外観図である。
【符号の説明】
１、２電極
３増幅部
４積分部
５比較部
６メモリ部
７表示部
１０人体
１１、１２スイッチ
１３パッケージ

Claims

人体表面に接するように設けられた少なくとも１対の電極を備えてなり、人体に生じる筋電位を検出する機能を有してなる筋電位計測装置において、
運動時の筋電位を増幅し、整流して絶対値を得る機能を有してなる増幅部と、所定の時間間隔毎に前記絶対値を積分し、その積分値を筋放電量として算出する機能と、前記所定の時間間隔毎の積分を一定時間にわたり繰り返し、その各々の積分値中の最大値を最大筋放電量とする機能を有してなる積分部と、
前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を比較する機能を有してなる比較部と、
前記割合を人体に提示する機能を有してなる表示部と、
を備えてなり、予め求めた前記最大筋放電量と前記運動時の筋放電量とを比較して、前記割合を人体に提示することを特徴とする筋電位計測装置。
前記積分部は、前記所定の時間間隔毎の積分を一定時間にわたって繰り返し、その各々の積分値中の最大値を前記最大筋放電量とすることを特徴とする請求項１に記載の筋電位計測装置。
前記表示部は、前記運動時の筋放電量と前記最大筋放電量との割合を聴覚情報と視覚情報との少なくとも一方により提示する機能を有してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の筋電位計測装置。
前記比較部は、前記最大筋放電量を記憶しておくためのメモリ部を有してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の筋電位計測装置。