JP4738159B2

JP4738159B2 - 筋電位計測用電極装置

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Publication number: JP4738159B2
Application number: JP2005358055A
Authority: JP
Inventors: 正一原; 晋徳良; 圭治郎山本; 俊拓吉満
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: JP2007159722A

Description

本発明は、身体表面に貼付して筋電位を計測するために用いる筋電位計測用電極装置に関するものである。

筋肉の活動の有無や筋活動レベル等の情報を得るために、生理学的な生体信号の１つである筋電位（ＥＭＧ）を計測することが一般に行われている。又、近年では、生理学的な目的以外にも、筋電位を計測して、義手や義足、その他各種機械を身体の動き等に応じて制御するための信号として利用することも考えられてきている。

この種の筋電位を計測するための手法の１つとしては、身体の表面に貼付した電極によって、筋肉より導電体である体組織を介して皮膚表面に伝えられる筋電位（表面筋電位）を捉える手法が広く用いられている。

上記のように皮膚表面に伝えられる筋電位を計測するために通常用いられる筋電位計測方法は、たとえば、円板形状としてなる電極を３個用意し、このうち２個の電極を検出電極として、筋電位の計測対象となる所要の筋肉の配向（筋繊維の走行方向）に沿って所要間隔を隔てた配置となるように皮膚表面に貼付すると共に、残る１個の電極を、接地電極として上記２個の検出電極の中点付近又は筋活動の影響を受け難い身体の所要個所の皮膚表面に貼付して、上記接地電極と、それぞれの検出電極との電位差に基づいて、双極誘導法により上記計測対象となる筋肉の筋電位を計測するようにしている。

上記の如き筋電位計測方法では、各検出電極及び接地電極と、皮膚表面との密着性（接触性）を高めて該各電極と身体との間のインピーダンスを減らすために、該各電極を身体に貼付する際には、電極貼付個所の皮膚表面に、導電性を有する電解ペーストを塗布し、この電解ペースト塗布面に、各電極をそれぞれ貼り付けるようにしている。又、上記検出電極や接地電極として用いるための電極として、電極自体の表面に電解ペーストを保持させてなる使い捨て型の電極も市販されてきている。

ところで、上記の筋電位計測方法では、それぞれ別体としてある２個の検出電極と１個の接地電極を用いるようにしているが、近年では、これらの電極を一体化してなる構成の筋電位計測用の電極装置も考えられてきている。

この種の複数の電極を一体化してなる筋電位計測用の電極装置としては、たとえば、図８に示す如く、電極支持部材としての矩形状のプレート２の片面の中央部付近に、２個の検出電極３を所要間隔を隔てて取り付け、且つ上記プレート２の片面の外周縁部に、上記２個の検出電極３の外周側を取り囲むように環状の接地電極（基準電極）４を設けてなる筋電位測定電極１が提案されている。更に、上記筋電位測定電極１については、上記プレート２と各電極３，４との間に可撓性を有する支持体（図示せず）を介在させてなる構成としたり、各電極３，４自体を可撓性材料の表面に金メッキを施してなる構成としたり、各電極３，４をフレキシブル基板に導電パターンとして形成してなる構成とすることも提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

又、３個以上の多数の検出電極を一体化してなる筋電位計測用の電極装置としては、たとえば、図９に示す如く、所要の矩形状の電極支持部材６に、４個の検出電極７を一直線上に並ぶよう配列してなる多チャネルアレイ電極５が提案されている。かかる多チャネルアレイ電極５によれば、一直線上に並ぶように配列させてある上記４個の検出電極７を、筋電位の計測対象となる所要の筋肉の配向（筋繊維の走行方向）に沿う配置となるように皮膚表面に貼付した状態にて、隣接する２個の検出電極７の電位差を用いたり、一個おきの検出電極７の組による電位差を用いるようにすること等により電極間隔、電極配置を自由に選べ、ノイズの影響を排除して動的計測を行うことができるとされている（たとえば、非特許文献１参照）。

特開２００３−１６９７８１号公報木竜、「多チャネルアレイ電極による表面筋電図の計測と解析」、バイオメカニズム学術講演会、１９９９年１１月２７日

ところが、従来通常行われている２個の検出電極と１個の接地電極とを電解ペーストを用いて個別に皮膚表面に貼付するようにする形式の筋電位計測手法では、上記２個の検出電極は、筋電位の計測を望む筋肉の配向に沿うようにして皮膚表面に配置する必要があるため、予め計測対象となる筋肉の部位や配向についての情報を得ておく必要があり、このために、上記計測対象となる筋肉の部位等について事前のパラメータサーベイ作業をした後でなければ計測できない。更に、上記各電極の貼付個所ごとに電解ペーストを塗布する必要があり、手間が嵩むという問題がある。又、電極自体の表面に電解ペーストを保持させてなる使い捨て型の電極を検出電極や接地電極として用いる場合には、上記電解ペーストを塗布する手間は省けるが、コスト面での問題が懸念される。

特許文献１に記載された筋電位測定電極１によれば、プレート２と各電極３，４との間に可撓性を有する支持体（図示せず）を介在させてなる構成としたり、各電極３，４自体を可撓性材料の表面に金メッキを施してなる構成としたり、各電極３，４をフレキシブル基板に導電パターンとして形成してなる構成とすることにより、皮膚表面への電極３，４の密着性を高めることができるため、電解ペーストを不要にすることが可能になると考えられる。しかし、かかる筋電位測定電極１では、各検出電極３及び接地電極４がいずれもプレート２に支持された構成としてあるため、身体の動きに伴って皮膚表面の凹凸形状に大幅な変化が生じるような個所では、上記可撓性の支持体や可撓性材料製としてある各電極３，４自体、あるいは、フレキシブル基板の変形では追従しきれなくなって、筋電位の計測に支障が生じる虞がある。更に、上記特許文献１に記載された筋電位測定電極１を使用するときには、各検出電極３が、筋電位の計測を望む筋肉の配向に沿う配置となるように上記筋電位測定電極１の配置や向きを定めて皮膚表面に貼付する必要があるため、上述した手法と同様に計測対象となる筋肉の部位等についての事前のパラメータサーベイ作業を行った後でなければ計測できない。

非特許文献１に記載された多チャネルアレイ電極５を用いる場合においても、一直線上に並ぶよう配置されているすべての検出電極７を、筋電位の計測を望む筋肉の配向に沿わせて配置する必要があり、このために、上記と同様に筋肉の部位等についての事前のパラメータサーベイ作業を行った後でなければ計測できない。

又、前述の２個の検出電極と１個の接地電極を用いる形式の筋電位の計測手法、特許文献１に記載された筋電位測定電極１を用いる筋電位の計測手法、非特許文献１に記載された多チャネルアレイ電極５を用いる筋電位の計測手法は、いずれも、同じ接地電極との間で電位差を検出するための２個以上の検出電極の組を、単一の筋肉に沿わせて配置し、これにより、該単一の筋肉についての筋電位の計測を行うようにするものであるため、明確な筋電位を取得できるようにするためには、計測対象となる筋肉の配向に沿う配置となるように、検出電極の皮膚表面における貼付位置に厳密に注意する必要がある。

したがって、上腕のように太い筋肉が一方向に配向された状態で存在していて、該太い筋肉によって身体のその部分の動きがほぼ決定されるような個所では、該部分の皮膚表面にて、上記太い筋肉の配向に沿うように検出電極を容易に配置して貼付できるため、該部分の動きの検出を容易に行なうことができるようになる。しかし、前腕のように複数の細い筋肉が存在していたり、背中のように配向の異なる複数の筋肉が入り組んで存在していて、身体のその部分の動きに多くの筋肉が関与しているような個所では、身体のその部分で何らかの動作をしたという単純な動きの検出を行なう場合であっても、同じ接地電極との間で電位差を検出するための２個以上の検出電極の組を、該部分に存在する複数の筋肉のうちの所要の単一の筋肉の配向に合わせて厳密に配置しなければならず、万一、検出電極の組が、上記単一の筋肉上からずれた位置の皮膚表面に貼り付けられていると、身体の該部分での動きの検出が行なえなくなる。

又、上記のように複数の筋肉が集まった部分の動きを検出するために、該部分に存在している複数の筋肉を計測対象として筋電位の計測を行う場合には、該計測対象となるそれぞれの筋肉ごとに、２個以上の検出電極の組を配設する必要があり、このために、該各検出電極と外部の計測装置等を接続するための外部接続用配線（図示せず）の数が多くなるため、筋電位を計測するための装置の大型化、複雑化を招くという問題も生じる。

しかも、同じ接地電極との間で電位差を検出するための２個以上の検出電極の組を、筋電位の計測対象となる所要の筋肉の配向に沿う配置となるように十分配慮して皮膚表面に貼り付けていたとしても、上記計測対象となる筋肉の身体の動きに伴う皮下での移動量が大きい場合には、該筋肉の位置が、検出電極の貼付位置からずれてしまい、このために、動作検出が困難になる虞も懸念される。

そこで、本発明は、身体の所要部分で何らかの動作をしたという単純な動きの検出を筋電位に基づいて行う際に、検出電極の位置決め作業を容易にすることができると共に、身体の動きに伴って皮下で筋肉が移動しても、該筋肉の筋電位信号をより確実に検出できる筋電位計測用電極装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、身体表面に沿い得る柔軟性を備えたシート状の電極支持部材の表面に、所要個数の接地電極を配列して設け、且つ該接地電極の列の両側に、複数個ずつ配列してなる第１検出電極の列と第２検出電極の列を等間隔で平行に設け、上記配列された第１検出電極と接地電極と第２検出電極を、該各電極の列ごとにそれぞれ外部接続用配線に直列に導通させてなる構成とする。

又、上記において、接地電極の列の両側の対称位置に、第１検出電極の列と、第２検出電極の列を、それぞれ複数列ずつ平行に設けるようにした構成とする。

更に、上記各構成において、配列された第１検出電極、接地電極、第２検出電極の列ごとに、着脱自在な配線用シートを介してそれぞれ外部接続用配線を接続させるようにした構成とする。

更に又、上記構成における配線用シートを、第１検出電極、接地電極、第２検出電極の配列方向に延びる帯状の支持部材と、該各支持部材に対応する上記各電極の配列と同様に配列させて設けて上記各電極ごとに着脱自在に取り付けることができるようにした取付部材と、該配列された取付部材のうち、所要の取付部材同士を直列に接続する電極間接続用配線と、該電極間接続用配線にて直列接続された取付部材の所要個所に接続した外部接続用配線とからなる構成とする。

上述の各構成における各電極を、平面形状円形とすると共に、該各電極における身体との接触面となる表面部を、周縁部より中央部が滑らかに突出する湾曲形状となるようにした構成とする。

本発明の筋電位計測用電極装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）身体表面に沿う柔軟性を備えたシート状の電極支持部材の表面に、所要個数の接地電極を配列して設け、且つ該接地電極の列の両側に、複数個ずつ配列してなる第１検出電極の列と第２検出電極の列を等間隔で平行に設け、上記配列された第１検出電極と接地電極と第２検出電極の列ごとにそれぞれ外部接続用配線と直列に導通させてなる構成としてあるので、上記第１検出電極のいずれか１つと第２検出電極のいずれか１つが、筋肉の配向に沿っていれば、該筋肉について筋電位の計測を行うことができるため、計測対象とする単一の筋肉の配向に合わせて検出電極の配置を厳密に定める必要はなく、よって、身体の所要部分への装着時における手間及び時間を大幅に削減することが可能になる。又、計測対象となる部分の動きに伴って、筋肉が皮下で大きく移動したとしても、第１検出電極と第２検出電極を配列させてある範囲内であれば、該筋肉の筋電位信号の検出を継続して行なうことができるため、筋電位の計測を安定して行うことができる。
（２）更に、各電極を柔軟性を有するシート状の電極支持部材に支持させてあることにより、身体の動きに伴って皮膚表面の凹凸形状に変化が生じても、該電極支持部材を容易に追従させて変形させることができ、このために、各電極の皮膚表面に対する密着性を高いものとすることができて、従来要していた如き電解ペーストを不要にできると共に、該各電極と皮膚表面との接触状態の変化を抑制できて、筋電位の計側の安定性を高めることができる。
（３）接地電極の列の両側の対称位置に、第１検出電極の列と、第２検出電極の列を、それぞれ複数列ずつ平行に設けるようにした構成とすることにより、上記第１検出電極と第２検出電極の各列のうち、接地電極から等距離にある列の組を適宜選択して筋電位の計測に使用することにより、身体の所要部位にて筋電位の計測対象となる領域の大きさに応じて上記第１検出電極と第２検出電極間隔を容易に切り替えることが可能になる。
（４）配列された第１検出電極、接地電極、第２検出電極の列ごとに、着脱自在な配線用シートを介してそれぞれ外部接続用配線を接続させるようにした構成、具体的には、上記配線用シートを、第１検出電極、接地電極、第２検出電極の配列方向に延びる帯状の支持部材と、該各支持部材に対応する上記各電極の配列と同様に配列させて設けて上記各電極ごとに着脱自在に取り付けることができるようにした取付部材と、該配列された取付部材のうち、所要の取付部材同士を直列に接続する電極間接続用配線と、該電極間接続用配線にて直列接続された取付部材の所要個所に接続した外部接続用配線とからなる構成とすることにより、予め外部接続用配線に直列接続された取付部材の個数が異なる配線用シートを用意して、該配線用シートを適宜選択して用いることにより、外部接続用配線と導通される第１検出電極、接地電極、第２検出電極の個数を容易に変更できる。これにより、身体の所要部位にて筋電位の計測対象となる領域の大きさに応じて、筋電位の計測に関与する第１検出電極と第２検出電極の個数、更には、接地電極の個数を容易に変更することが可能となる。
（５）各電極を、平面形状円形とすると共に、該各電極における身体との接触面となる表面部を、周縁部より中央部が滑らかに突出する湾曲形状となるようにした構成とすることにより、個々の電極における皮膚表面との接触面積を大きくすることができると共に、各電極と皮膚表面との接触角度が多少変化しても、各電極と皮膚表面との接触面積の変動を抑えることができ、このため、筋電位の計測の安定性を更に高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）乃至図３は本発明の筋電位計測用電極装置の実施の一形態を示すもので、柔軟性を有するシート状の電極支持部材８の皮膚接触面となる表面（以下、各部材にて皮膚に近接させる側の面を表面、その反対側の面を裏面という）に、複数個（図では６個）の第１の検出電極９を等間隔で一列に並べてなる第１検出電極９の列と、同様に接地電極１０を配列してなる接地電極１０の列と、同様に第２の検出電極１１を配列してなる第２検出電極１１の列とを、所要の等間隔を隔てて平行に設ける。更に、上記電極支持部材８の裏面側に、上記６個ずつ配列してある第１検出電極９、接地電極１０、第２検出電極１１のうち、任意の個数の電極９，１０，１１をそれぞれ外部接続用配線１２に直列に導通させるための配線用シート１３，１４，１５を取り付けて、筋電位計測用電極装置Ｉを構成する。

詳述すると、上記柔軟性を有するシート状の電極支持部材８は、平面形状を矩形状としてあり、皮膚表面の凹凸形状に沿って容易に変形可能な柔軟性を有し、且つ個々の電極９，１０，１１同士を絶縁状態を保持したまま支持できるように、たとえば、布製とする。
更に、上記布製の電極支持部材８は、皮膚表面に上記各電極９，１０，１１を貼付する際に良好な吸湿性を得ることができるように、タオル地のものとすることが好ましい。

上記第１検出電極９と接地電極１０と第２検出電極１１は、いずれも、金属等の導電材料製として、平面形状を円形とすると共に、図２（イ）に示す如く、皮膚表面との接触面積を大きくでき且つ皮膚表面との接触角度が多少変化しても該皮膚表面との接触面積の変動を抑えることができるようにするために、皮膚との接触面となる表面側を、周縁部より中心部が突出する滑らかな湾曲形状となるようにしてある。

更に、上記各電極９，１０，１１は、たとえば、表面側電極部材１６と裏面側電極部材１７とからなる２分割構造とすると共に、相対向する上記表面側電極部材１６の裏面又は裏面側電極部材１７の表面のいずれか一方に、他方と圧接することによりかしめて両部材１６と１７とを一体化するよう係止させるための係止用ピン１８を突設してなる構成としてある（なお、図では表面側電極部材１６の裏面に上記係止用ピン１８を突設した構成を示してある。）。これにより、上記表面側電極部材１６と裏面側電極部材１７を電極支持部材８の表面側と裏面側にそれぞれ配置して、該電極支持部材８に上記係止用ピン１８を貫通させ、しかる後、上記表面側電極部材１６と裏面側電極部材１７を表裏方向の両側から圧接させるように加圧して上記係止用ピン１８をかしめることにより、上記表面側電極部材１６と裏面側電極部材１７とを、上記係止用ピン１８を介し互いの導通を確保した状態で一体化させて、各電極９，１０，１１の電極支持部材８への取り付けを行うことができるようにしてある。

更に又、上記各電極９，１０，１１の裏面側電極部材１７は、後述する配線用シート１３，１４，１５の取付部材２０を裏面側から着脱自在に取り付けることができるようにするための係止部として、たとえば、裏面側電極部材１７の中央部に、嵌合用凹部１９を具備してなる構成としてある。

上記配線用シート１３，１４，１５は、図１（ロ）に示す如く、上記電極支持部材８上の各電極９，１０，１１の配列に沿って延びる帯状の支持部材２０を備え、該支持部材２０の長手方向における上記各電極９，１０，１１の配列と対応する６個所に、前述の各電極９，１０，１１の嵌合用凹部１９に着脱自在に嵌合させるための嵌合部としての嵌合用凸部２２を表面側の中央部に具備してなる取付部材２１を設け、且つ該各取付部材２１のうちの所要個数（図では６個すべて）を、電極間接続用配線２３を介して順次直列に接続すると共に、該配線２３によって直列接続された取付部材２１のうちのいずれかに、外部接続用配線１２を接続した構成とする。

具体的には、上記帯状の支持部材２０は、上記電極支持部材８と同様の柔軟性を有するよう布製とし、好ましくは吸湿性を考慮したタオル地とする。

又、上記各取付部材２１は、図２（ロ）に示す如く、たとえば、いずれも金属等の導電材料製として、表面中央部に上記嵌合用凸部２２を備えてなる表面側部材２４と、裏面側部材２５とからなる２分割構造とすると共に、相対向する上記表面側部材２４の裏面又は裏面側部材２５の表面のいずれか一方に、他方と圧接することによりかしめて両部材２４と２５を一体化するよう係止させるための係止用ピン２６を突設してなる構成としてある（なお、図では裏面側部材２５の表面に上記係止用ピン２６を突設した構成を示してある。）。これにより、上記表面側部材２４と裏面側部材２５を上記支持部材２０の表面側と裏面側にそれぞれ配置して、該支持部材２０に上記係止用ピン２６を貫通させ、しかる後、上記表面側部材２４と裏面側部材２５を表裏方向の両側から互いに圧接するように加圧して、上記係止用ピン２６をかしめることにより、上記表面側部材２４と裏面側部材２５とを、上記係止用ピン２６を介し互いの導通を確保した状態で一体化させて、各取付部材２１の支持部材２０への取り付けを行うことができるようにしてある。

更に、上記のようにして支持部材２０に取り付けた各取付部材２１は、図１（ロ）に示す如く、それぞれの裏面側部材２５の隣接するもの同士を、被覆線による電極間接続用配線２３を介し順次直列に接続し、更に、該直列接続された各裏面側部材２５のうちの一端部に位置する裏面側部材２５に、上記外部接続用配線１２を接続するようにしてある。

したがって、図２（ハ）に示す如く、電極支持部材８に支持させるようにしてある各電極９，１０，１１における各裏面側電極部材１７の嵌合用凹部１９に、上記各配線用シート１３，１４，１５における対応する個所の取付部材２１の嵌合用凸部２２をそれぞれ着脱自在に嵌合させることにより、各電極９，１０，１１を、取付部材２１と電極間接続用配線２３を介して直列に接続すると共に、該直列接続された各電極９，１０，１１を、外部接続用配線１２に導通させることができるようにしてある。

又、第１検出電極９、接地電極１０、第２検出電極１１にそれぞれ対応する上記配線用シート１３，１４，１５として、外部接続用配線１２に対して直列接続された取付部材２１の個数がそれぞれ相違するようにしてある複数の配線用シート１３，１４，１５を予め用意しておき、身体における筋電位の計測を望む部位の領域（面積）等に応じて使用する配線用シート１３，１４，１５を適宜選定することにより、外部接続用配線１２との導通を行わせる電極９，１０，１１の個数を適宜増減できるようにすることができる。

すなわち、各配線用シート１３，１４，１５のうち、たとえば、第１検出電極９に対応する配線用シート１３及び第２検出電極１１に対応する配線用シート１５として、図１（ロ）に示したように、支持部材２０の長手方向に６個並ぶ各取付部材２１のすべてを順次電極間接続用配線２３を介して直列接続した状態で外部接続用配線１２と接続したものに代えて、図３に示す如く、支持部材２０の長手方向中央部にて隣接する２個の取付部材２１のみを電極間接続用配線２３を介し直列接続すると共に、該直列接続された２個の取付部材２１のうちの片方に、外部接続用配線１２を接続してなる構成の配線用シート１３，１５を形成しておき、係る配線用シート１３，１５を、第１検出電極９及び第２検出電極１１と外部接続用配線１２との接続に用いるようにすることにより、筋電位の計測に関与する第１検出電極９及び第２検出電極１１を、それぞれ配列方向の中間部に位置する２個の電極９，１１のみに限定して、筋電位の計測対象領域を制限することができるようにしてある。

上記第１検出電極９と接地電極１０と第２検出電極１１は、たとえば、直径を１０ｍｍ程度とすることが好ましい。これは、各電極９，１０，１１の直径をあまり大きなサイズとすると、該各電極９，１０，１１を皮膚表面の凹凸形状に沿った配置とさせることが困難になり易く、このために、電極９，１０，１１の表面にて皮膚表面から離れる部分が大きくなると、測定する筋電位の信号にノイズが混入し易くなるためである。一方、各電極９，１０，１１の直径をあまり小さいサイズにすると、筋電位信号の信号強度が小さくなり、ノイズ比が小さくなってしまう。このため、筋電位の信号をある程度の強度で検出できるようにするためには各電極９，１０，１１の個数を増やさなければならないが、このように電極９，１０，１１の個数を増加させる場合は、誤差要因の増加につながる虞が懸念されるためである。又、一列に配列されている上記第１検出電極９同士、接地電極１０同士、第２検出電極１１同士の間隔は、上記１０ｍｍ程度とする各電極９，１０，１１の直径を考慮して、たとえば、１５ｍｍ程度とすることが好ましい。更に、上記第１検出電極９の列と、接地電極１０の列と、第２検出電極１１の列の間隔は、それぞれ等しくなるように適宜設定して、上記第１と第２の各検出電極９と１１の中間位置に接地電極１０が配置されるようにすればよい。

以上の構成としてある本発明の筋電位計測用電極装置Ｉを使用して、身体の所要部分が何らかの動作をしたという単純な動きの検出を、筋電位を基に行なう場合は、たとえば、図４に示す如く、上記動きの検出を望む身体の所要部分に巻き付けることができるようにしてあるベルト２７の内周面部に、上記図１（イ）（ロ）に示した筋電位計測用電極装置Ｉを、各電極９，１０，１１が内周側に露出されるように配置した後、該筋電位計測用電極装置Ｉごと上記ベルト２７を身体の所要部分に巻き付けることにより、上記筋電位計測用電極装置Ｉを、動きの検出を望む身体の所要部分に装着して、各第１検出電極９、接地電極１０、第２検出電極１１を、すべて皮膚表面に貼付（接触）させるようにしておく。
又、上記第１検出電極９、接地電極１０、第２検出電極１１にそれぞれ接続してある各外部接続用配線１２は、図示しないプリアンプ（ボルテージフォロワ）やメインアンプを介して、図示しない所要の筋電位計測装置に接続し、上記各検出電極９，１１より外部接続用配線１２を経て取り出される筋電位信号を基に、双極誘導法により筋電位の計測を行うことができるようにしておく。

この状態にて、上記筋電位計測用電極装置Ｉが装着してある身体の所要部分を動かすと、該部分に存在する筋肉のうち、第１検出電極９のいずれか１つと第２検出電極１１のいずれか１つとを結ぶ方向に配向している筋肉について、該筋肉の配向方向に沿って存在している上記第１検出電極９と第２検出電極１１とによって筋電位信号が検出される。この検出信号を基に、上記筋電位計測用電極装置Ｉからは、計測対象となる上記筋肉の筋電位を含む平均化された出力が取り出されるようになる。したがって、該筋電位計測用電極装置Ｉの出力に基づいて、筋電位計測装置にて、上記身体の所要部分の動きに起因する筋電位の計測を行うことができるようになることから、この計測される筋電位に基づいて、上記身体の所要部分の動きの検出を行うことが可能となる。

このような身体の所要部分の動きの検出を行うべく上記筋電位計測用電極装置Ｉを身体の所要個所の皮膚表面に装着するときには、上記したように第１検出電極９のいずれか１つと第２検出電極１１のいずれか１つとを結ぶ方向が、筋肉の配向に沿っていれば、該筋肉についての筋電位の計測が可能となる。そのため、従来のような計測対象とする単一の筋肉の配向に合わせて検出電極の配置を厳密に定める必要はない。よって、本発明の筋電位計測用電極装置Ｉを身体の所要部分へ装着するときには、従来要していた如き計測対象筋肉の部位等についての事前のパラメータサーベイ作業を不要にできると共に、装着時の位置合わせ作業を大幅に簡素化することができて、身体の所要部位における筋電位の計測のために要する手間及び時間を大幅に削減することが可能になる。

又、上記計測対象となる身体の所要部分の動きに伴って、該部分の筋肉が皮下で大きく移動したとしても、第１検出電極９及び第２検出電極１１は、複数個ずつ配列してあると共に、検出電極９，１１の複数個を直列接続して用いるようにしてあるため、この直列に接続された検出電極９，１１が並ぶ範囲内での移動であれば、筋肉の移動先の位置に対応する検出電極９，１１によって該筋肉の筋電位信号の検出を継続して行なうことができる。よって、筋肉が皮下で移動する場合であっても、筋電位の計測を継続的に行うことができる。

更に、シート状の電極支持部材８として柔軟なタオル地のような布を使用しているため、該電極支持部材８を、身体の動きに伴う皮膚表面の凹凸形状の変化に容易に追従させて変形させることができる。このために、該電極支持部材８に設けてある各電極９，１０，１１の皮膚表面に対する密着性を高いものとすることができて、従来要していた如き電解ペーストを不要にできると共に、該各電極９，１０，１１と皮膚表面との接触状態の変化を抑制できて、筋電位の計側の安定性を高めることができる。又、各電極９，１０，１１は、平面形状を円形とし、且つその表面側を周縁部より中央部が突出する滑らかな湾曲形状として、皮膚表面との接触面積を大きくすると共に、皮膚表面との接触角度が多少変化しても該皮膚表面との接触面積の変動を抑えることができるようにしてあるため、筋電位の計測の安定性を更に高めることができる。更に、複数の電極を用いるようにしてあるために、検出する筋電位信号の強度を強めることが可能になる。

更に又、上記電極支持部材８を、吸湿性の高いタオル地のような布製としているため、身体からの発汗を上記電極支持部材８に効率よく吸収させることで、筋電位の計測を行う際に、汗による電極９，１０，１１間のショートを未然に防止できる。又、各電極９，１０，１１と皮膚表面との接触状態を良好に保つことができて、身体の動きや各電極９，１０，１１のずれに伴う該各電極９，１０，１１の接触不良から発生するノイズを防止でき、このことによっても、筋電位の計測の安定性をより高めることができる。

又、身体の所要部位における筋電位の計測対象となる領域が狭い場合には、たとえば、図３に示す如く、外部接続用配線１２に対し直列接続してある取付部材２１の個数が少ない配線用シート１３及び１５を用いて第１検出電極９及び第２検出電極１１と外部接続用配線１２との接続をそれぞれ行わせることにより、筋電位の計測に関与する第１検出電極９及び第２検出電極１１の数を減らすよう容易に変更して対応することができる。

次に、図５（イ）（ロ）は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１（イ）（ロ）乃至図３に示したと同様の構成において、電極支持部材８に、６個の第１の検出電極９を所要の等間隔で一列に並べてなる第１検出電極９の列と、同様に接地電極１０を配列してなる接地電極１０の列と、同様に第２の検出電極１１を配列してなる第２検出電極１１の列を、それぞれ一列ずつ所要の等間隔を隔てて平行に設ける構成に代えて、上記と同様の配列としてなる接地電極１０の列の両側に、上記と同様の配列としてなる第１検出電極９の列と、同様の配列としてなる第２検出電極１１の列を、それぞれ２列ずつ平行に且つ接地電極１０の列を挟んで線対称位置となるよう配置して、電極支持部材８に取り付けるようにしたものである。

その他の構成は図１（イ）（ロ）乃至図３に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。

本実施の形態によれば、第１検出電極９を外部接続用配線１２に接続するための配線用シート１３と、第２検出電極１１を外部接続用配線１２に接続するための配線用シート１５を、図５（ロ）に実線で示す如く、それぞれ２列ずつ設けてある第１検出電極９の列と、第２検出電極１１の列のうちの内側（接地電極１０の列に近い側）の列に取り付けるようにするか、又は、図５（ロ）に２点鎖線で示す如く、上記各配線用シート１３，１５を、それぞれ外側（接地電極１０の列より離れた側）の各検出電極９，１１の列に取り付けるかを切り替えることにより、第１検出電極９及び第２検出電極１１と、接地電極１０との間隔を、身体の所要部位における筋電位の計測対象となる領域の大きさに応じて切り替えることが可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、電極支持部材８にそれぞれ配列させて設ける第１検出電極９、接地電極１０、第２検出電極の個数は、６個として示したが、適宜増減してもよい。

各電極９，１０，１１は、表面側電極部材１６と裏面側電極部材１７とからなる２分割構造として、該表面側と裏面側の各電極部材１６と１７とを電極支持部材８を間に挟んで圧接することにより、該電極支持部材８への取り付けを行うものとすることが、取付作業を容易なものとするという観点からは好ましいが、各電極９，１０，１１を、電極支持部材８の所要個所にそれぞれ取り付けることができれば、取付手段はいかなる手段を採用してもよい。同様に、各配線用シート１３，１４，１５の取付部材２１は、表面側部材２４と裏面側部材２５とからなる２分割構造として、該表面側と裏面側の各部材２４と２５とを支持部材２０を間に挟んで圧接することにより、該支持部材２０への取り付けを行うものとすることが、取付作業を容易なものとするという観点からは好ましいが、各取付部材２１を、支持部材２０の所要個所にそれぞれ取り付けることができれば、取付手段はいかなる手段を採用してもよい。

電極支持部材８上の上記各電極９，１０，１１に、配線用シート１３，１４，１５の取付部材２１を取り付けるための手段としては、各電極９，１０，１１の嵌合用凹部１９に、取付部材２１の嵌合用凸部２２を嵌合させるものとして示したが、各電極９，１０，１１と対応する取付部材２１とを着脱自在に取り付けることができれば、取付手段はいかなる手法を用いるようにしてもよい。更には、上記各実施の形態では、それぞれ所要個数ずつ配列されている各電極９，１０，１１のうち、筋電位の計測に関与する電極９，１０，１１の数を変更可能とするために、該各電極９，１０，１１に着脱できる配線用シート１３，１４，１５を用いるようにしているが、筋電位の計測に関与させる各電極９，１０，１１の数を変更させないで用いる場合には、電極支持部材８上に配列させて設けた各電極９，１０，１１を、それぞれ電極間接続用配線２３を介して直に直列接続すると共に、該直列接続された各電極９，１０，１１のいずれかに外部接続用配線を直接接続するようにしてもよい。

電極支持部材８、及び、各配線用シート１３，１４，１５の支持部材２０は、身体の動きに伴う皮膚表面の凹凸の変化に対応できるような柔軟性を備え、且つ吸湿性を有するシートであれば、タオル地のような布以外のものを使用してもよい。又、吸湿性を考慮しなくてもよい場合には、上記の如き柔軟性を備えていればいかなるシートを用いるようにしてもよい。

本発明の筋電位計測用電極装置Ｉを身体の所要部分に装着する手段としては、図４に示す如く、ベルト２７を利用するものとして説明したが、筋電位計測用電極装置Ｉを、計測対象となる身体の所要部分に取り付けて、該部分を動かす際にも保持できるようにしてあれば、テープ等、ベルト２７以外の手段によって筋電位計測用電極装置Ｉの身体への装着を行うようにしてもよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

以下、本発明者等の行った本発明の筋電位計測用電極装置の有効性を検証した結果について説明する。
図６は上記検証に用いた装置構成の概要を示すもので、被験者の腰部における脊柱起立筋とほぼ対応する個所に、図１（イ）（ロ）乃至図３に示したと同様の構成としてある筋電位計測用電極装置Ｉを、第１及び第２の各検出電極９，１１の配列が上下方向に離隔した配置となるようにして貼付し、該筋電位計測用電極装置Ｉの各外部接続用配線１２より取り出される筋電位信号を、プリアンプ２８、メインアンプ２９を介して筋電位計測装置としてのコンピュータ３０に取り込むことができる構成とした。
上記メインアンプ２９では、プリアンプ２８にてノイズを除去した後にメインアンプ２９に入力される筋電位信号を、１０００倍程度増幅するようにし、その後、コンピュータ３０内に取り込んだ筋電位信号をフィルタ処理し、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの帯域を抽出してその振幅を評価するようにした。
上記において、被験者の脊柱起立筋に２０ｋｇの負荷を所要の時間間隔で与えたときの筋電位の計測結果を図７に示す。図７における線Ａは測定筋電位の絶対値を示すものであり、線Ｂは上記測定筋電位の絶対値を平滑処理したものである。
図７の結果から明らかなように、本発明の筋電位計測用電極装置Ｉを使用することにより、筋電位計測対象とした脊柱起立筋の発生力に応じた筋電位の計測を実施できることが判る。

本発明の筋電位計測用電極装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は表面側より見た概略図、（ロ）は裏面側より見た該略図である。図１の装置の要部を示すもので、（イ）は電極の構造を示す拡大断面図、（ロ）は配線用シートの取付部材の構造を示す拡大断面図、（ハ）は電極に配線用シートを取り付けた状態を示す拡大断面図である。図１の装置に用いる配線用シートの別の例を示すもので、図１（ロ）に対応する図である。図１の装置を身体に装着する手段の一例を示す図である。本発明の実施の他の形態を示すもので、（イ）は表面側より見た概略図、（ロ）は裏面側より見た該略図である。本発明者等の行った図１の装置の有効性の検証に用いた装置構成の概要を示す図である。本発明者等の行った図１の装置の有効性の検証結果として、図６の装置構成で実施した筋電位計測の結果を示す図である。従来提案されている筋電位測定電極の一例を示す概要図である。従来提案されている多チャネルアレイ電極の一例を示す概要図である。

符号の説明

８電極支持部材
９第１検出電極
１０接地電極
１１第２検出電極
１２外部接続用配線
１３配線用シート
１４配線用シート
１５配線用シート
２０支持部材
２１取付部材
２３電極間接続用配線

Claims

身体表面に沿い得る柔軟性を備えたシート状の電極支持部材の表面に、所要個数の接地電極を配列して設け、且つ該接地電極の列の両側に、複数個ずつ配列してなる第１検出電極の列と第２検出電極の列を等間隔で平行に設け、上記配列された第１検出電極と接地電極と第２検出電極を、該各電極の列ごとにそれぞれ外部接続用配線に直列に導通させてなる構成を有することを特徴とする筋電位計測用電極装置。
接地電極の列の両側の対称位置に、第１検出電極の列と、第２検出電極の列を、それぞれ複数列ずつ平行に設けるようにした請求項１記載の筋電位計測用電極装置。
配列された第１検出電極、接地電極、第２検出電極の列ごとに、着脱自在な配線用シートを介してそれぞれ外部接続用配線を接続させるようにした請求項１又は２記載の筋電位計測用電極装置。
配線用シートを、第１検出電極、接地電極、第２検出電極の配列方向に延びる帯状の支持部材と、該各支持部材に対応する上記各電極の配列と同様に配列させて設けて上記各電極ごとに着脱自在に取り付けることができるようにした取付部材と、該配列された取付部材のうち、所要の取付部材同士を直列に接続する電極間接続用配線と、該電極間接続用配線にて直列接続された取付部材の所要個所に接続した外部接続用配線とからなる構成とした請求項３記載の筋電位計測用電極装置。
各電極を、平面形状円形とすると共に、該各電極における身体との接触面となる表面部を、周縁部より中央部が滑らかに突出する湾曲形状となるようにした請求項１、２、３又は４記載の筋電位計測用電極装置。