JP2016049241A - Electrostimulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筋肉に電気刺激を付与する電気刺激装置に関する。 The present invention relates to an electrical stimulation device that applies electrical stimulation to muscles.
従来、疾病や事故により身体に障害を受けた場合の骨格筋の筋力の衰えや運動能力低下の治療として、または、治療後におけるリハビリテーションとして電気療法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。また、スポーツ分野において、筋力を増強したり、運動能力を高めたりするための筋力トレーニングにも電気療法が用いられている。筋力トレーニングに電気療法を用いて主動筋や拮抗筋に電気刺激を行うことで高い筋肉増強効果が得られることがわかっている。 Conventionally, electrotherapy has been used as a treatment for a decrease in skeletal muscle strength or a decrease in exercise capacity when the body is damaged due to a disease or accident, or as a rehabilitation after treatment (see, for example, Patent Document 1). . In the sports field, electrotherapy is also used for strength training to increase muscle strength or increase exercise capacity. It has been found that a high muscle strengthening effect can be obtained by applying electrical stimulation to the main and antagonist muscles using electrotherapy for muscle training.
一般に、こうした電気療法では、理学療法士や作業療法士等の専門家が電気刺激装置の電極部を対象部位に装着させる。そして上述の専門家が自らの知識や経験に基づいて、電気刺激を与えた時の使用者の痛みの反応をもとに電気刺激の強度を調整する。 In general, in such electrotherapy, a physical therapist or occupational therapist attaches the electrode portion of the electrostimulator to the target site. And the above-mentioned expert adjusts the intensity | strength of electrical stimulation based on a user's pain reaction when giving electrical stimulation based on own knowledge and experience.
上述の電気刺激装置では、電気療法の目的に適合する電気刺激の強度が専門家によって定められる。そして、定められた電気刺激の強度が電気刺激装置に設定される。
ところで、筋肉に電気療法を行う場合、上述した専門家によって、電気療法の前後などで筋肉の組成が把握され、この把握された筋肉の組成に基づいて電気療法が行われることが好ましい。しかしながら、筋肉の組成は、それぞれの専門家のそれぞれの知識に基づいて把握される。このため、筋肉の組成に関する情報が客観的な情報として取得されないおそれがある。
In the electrical stimulation device described above, the intensity of electrical stimulation that meets the purpose of electrotherapy is determined by an expert. Then, the determined electrical stimulation intensity is set in the electrical stimulation device.
By the way, when performing electrotherapy on muscles, it is preferable that the above-described specialist grasps the composition of muscles before and after electrotherapy and performs electrotherapy based on the grasped composition of muscles. However, the composition of the muscle is grasped based on the knowledge of each expert. For this reason, there exists a possibility that the information regarding a muscle composition may not be acquired as objective information.
本発明の目的は、筋肉の組成に関する情報を客観的な情報として取得することのできる電気刺激装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electrical stimulation device that can acquire information on muscle composition as objective information.
本電気刺激装置の独立した一形態によれば、電気刺激を与える電極部と、酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、筋肉の組成に関する情報を出力する報知部と、前記電極部に前記電気刺激を出力させることにより得られる前記測定信号が反映された前記情報を前記報知部に出力させる制御部と、を備える。 According to an independent form of the electrical stimulation device, the electrode unit for applying electrical stimulation, the measurement unit that outputs a measurement signal that changes according to the oxygen concentration, the notification unit that outputs information on the composition of the muscle, A control unit that outputs the information reflecting the measurement signal obtained by causing the electrode unit to output the electrical stimulation.
本電気刺激装置によれば、筋肉の組成に関する情報を客観的な情報として取得することができる。 According to the electrical stimulation device, information relating to muscle composition can be acquired as objective information.
(本電気刺激装置が取り得る形態の一例)
〔1〕本電気刺激装置の独立した一形態によれば、電気刺激を与える電極部と、酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、筋肉の組成に関する情報を出力する報知部と、前記電極部に前記電気刺激を出力させることにより得られる前記測定信号が反映された前記情報を前記報知部に出力させる制御部と、を備える。
(An example of the form which this electrical stimulator can take)
[1] According to an independent form of the present electrical stimulation device, an electrode unit that provides electrical stimulation, a measurement unit that outputs a measurement signal that changes according to the oxygen concentration, and a notification unit that outputs information related to muscle composition And a control unit that causes the notification unit to output the information reflecting the measurement signal obtained by outputting the electrical stimulation to the electrode unit.
本電気刺激装置によれば、筋肉の組成に関する情報が、電極部から出力された電気刺激に応じて変化する酸素濃度の反映された測定信号に基づく情報として報知部から出力される。筋肉の酸素濃度は電気刺激に反応して変化することが知られていることから、電気刺激と酸素濃度との関係から筋肉の組成に関する情報が取得される。これにより、筋肉の組成に関する情報が客観的に取得されるようになる。 According to this electrical stimulation device, information relating to the muscle composition is output from the notification unit as information based on a measurement signal that reflects the oxygen concentration that changes according to the electrical stimulation output from the electrode unit. Since it is known that the muscle oxygen concentration changes in response to electrical stimulation, information on the muscle composition is acquired from the relationship between electrical stimulation and oxygen concentration. Thereby, the information regarding the composition of the muscle is acquired objectively.
〔2〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記電気刺激の強度を互いに異なる速度で漸増させる第1の強度モードおよび第2の強度モードを備え、前記第1の強度モードにおいて得られる前記測定信号が反映された前記情報、および、前記第2の強度モードにおいて得られる前記測定信号が反映された前記情報を前記報知部に出力させる。 [2] According to one aspect dependent on the electrical stimulation device, the control unit includes a first intensity mode and a second intensity mode for gradually increasing the intensity of the electrical stimulation at different speeds, and the first intensity mode. The information reflecting the measurement signal obtained in the intensity mode and the information reflecting the measurement signal obtained in the second intensity mode are output to the notification unit.
本電気刺激装置によれば、測定信号が反映された情報を、異なる漸増速度である第1の強度モードおよび第2の強度モードから取得できるようになる。
〔3〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記測定信号に基づいて前記酸素濃度に関する特徴量を算出し、算出した特徴量が反映された前記情報を前記報知部に出力させる。
According to the electrical stimulation device, information reflecting the measurement signal can be acquired from the first intensity mode and the second intensity mode, which are different incremental speeds.
[3] According to an embodiment subordinate to the electrical stimulation device, the control unit calculates a feature amount related to the oxygen concentration based on the measurement signal, and notifies the information reflecting the calculated feature amount. To output.
本電気刺激装置によれば、報知部から出力される情報を、酸素濃度から算出される特徴量が反映された情報とすることができる。
〔4〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記特徴量が、前記電気刺激が出力されているときの前記酸素濃度の減少速度である。
According to the electrical stimulation device, the information output from the notification unit can be information reflecting the feature amount calculated from the oxygen concentration.
[4] According to an embodiment subordinate to the electrical stimulation device, the feature amount is a decrease rate of the oxygen concentration when the electrical stimulation is output.
本電気刺激装置によれば、酸素濃度の減少速度に基づいて筋肉の組成に関する情報が出力される。
〔5〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記特徴量が、前記電気刺激の出力が終了した後における前記酸素濃度の回復時間である。
According to the present electrical stimulation device, information related to the muscle composition is output based on the decreasing rate of the oxygen concentration.
[5] According to one aspect dependent on the electrical stimulation device, the feature amount is a recovery time of the oxygen concentration after the output of the electrical stimulation is completed.
本電気刺激装置によれば、酸素濃度の回復時間に基づいて筋肉の組成に関する情報が出力される。
〔6〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記筋肉の組成が速筋および遅筋の比率である。
According to the present electrical stimulation device, information related to the muscle composition is output based on the recovery time of the oxygen concentration.
[6] According to an embodiment subordinate to the electrical stimulation device, the composition of the muscle is a ratio of a fast muscle and a slow muscle.
本電気刺激装置によれば、報知部から筋肉における速筋および遅筋の比率に関する情報が出力される。つまり筋肉における速筋および遅筋の比率が客観的な情報として得られる。 According to this electrical stimulation device, information relating to the ratio of the fast muscle and the slow muscle in the muscle is output from the notification unit. That is, the ratio of the fast and slow muscles in the muscle can be obtained as objective information.
(実施の形態)
以下、図1〜図8を参照して、電気刺激装置の実施の形態の一つについて説明する。
図1に示されるように、電気刺激装置は、使用者の人体に装着される電極部20と光電センサ30とを備える。また電気刺激装置は、電極部20及び光電センサ30に電気的に接続されるコントローラ10を備える。電極部20は、筋肉に電気刺激を与えるものであって、一組の電極である第1の電極21及び第2の電極22を備える。光電センサ30は、筋肉内の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度に対応する測定信号を出力する。コントローラ10は、電極部20から筋肉に与える電気刺激の強度として出力電圧を制御する。またコントローラ10は、光電センサ30から測定信号が入力され、入力された測定信号に基づいて血中酸素濃度を算出する。電極部20と光電センサ30とは、脚等の表面に装着可能なサポータ40に取り付けられている。電極部20の第1の電極21と第2の電極22とは、それぞれ電気的に絶縁される構造を備える。このため、各電極21,22から別の電極及びコントローラ10などに電気が回り込むことが抑制される。
(Embodiment)
Hereinafter, one embodiment of the electrical stimulation apparatus will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the electrical stimulation apparatus includes an
図2に示されるように、第1の電極21と第2の電極22とは、それらの間に流す電気によって筋肉に電気刺激を与える。電極部20が出力する電気刺激の強度は、例えば第1の電極21と第2の電極22との間の電圧である出力電圧Vxの大きさにより決められる。通常、出力電圧Vxが高くなるにつれて電気刺激の強度は大きくなり、出力電圧Vxが低くなるにつれて電気刺激の強度は小さくなる。なお以下では、第1の電極21と第2の電極22との間の電圧を単に出力電圧Vxと記す。光電センサ30は、筋肉内の酸素濃度に応じて変化する測定信号Isを出力する測定部として機能する。コントローラ10は、電気刺激の強度等を制御する制御部11を備えている。またコントローラ10は、使用者によって操作されたり、測定信号Isが反映された筋肉の組成に関する情報を表示したりする操作兼表示部12を備えている。操作兼表示部12は、酸素濃度Xs及び刺激用電圧Vpの少なくとも一方を表示するとより好ましい。さらにコントローラ10は、第1の電極21及び第2の電極22に電気を供給する電源部13を備えている。なお、操作兼表示部12が報知部として機能する。
As shown in FIG. 2, the
操作兼表示部12は、入力操作が可能な操作部と、情報を表示する表示部とを備えている。操作部は、1又は複数の操作ボタンより構成される。表示部は、液晶画面などの表示装置を備え、文字及び画像の少なくとも一方を表示させる。表示部には、筋肉の組成に関する情報などが表示される。操作兼表示部12は、表示部に表示させる情報によって、使用者に操作部の操作を促すように構成することもできる。
The operation /
電源部13は、制御部11から入力される電圧指令Vcに対応する出力電圧Vxを生成し、この生成した出力電圧Vxを電極部20に出力する。
制御部11は、電極部20に出力電圧Vxを出力させることにより筋肉の酸素濃度Xsの変化が反映された測定信号Isを得る。そして得られた測定信号Isの変化が反映された筋肉の組成に関する情報を操作兼表示部12に出力させる。制御部11は、筋肉内の酸素濃度Xsを算出する酸素濃度算出部14と、酸素濃度算出部14が算出した酸素濃度Xsに従って筋肉の組成に関する情報を判定する判定部15と、電極部20を制御する電気刺激制御部16とを備えている。筋肉の組成には、速筋及び遅筋の割合が含まれる。筋肉の組成は、電気刺激に対する筋肉内の酸素濃度Xsの変化に基づいて把握される。酸素濃度算出部14は、光電センサ30から出力された測定信号Isに基づいて筋肉内の酸素濃度Xsを算出する。判定部15は、酸素濃度算出部14から酸素濃度Xsが入力され、この入力された酸素濃度Xsに基づいて筋肉の組成に関する情報を取得して判定する。
The
The
判定部15は、酸素濃度Xsに対応する筋肉の組成に関する情報を操作兼表示部12に出力する。判定部15は、酸素濃度Xsを操作兼表示部12に出力するとより好ましい。そして筋肉の組成に関する情報が操作兼表示部12に表示される。酸素濃度Xs及び出力電圧Vxのうち判定部15から出力されたものが操作兼表示部12に表示されるとより好ましい。測定信号Isには筋肉の実際の酸素濃度Xsが反映されている。酸素濃度算出部14では、その測定信号Isから酸素濃度Xsが算出される。よって、判定部15から出力される筋肉の組成に関する情報は筋肉の実際の酸素濃度Xsが反映された情報である。
The
また判定部15は、筋肉の組成を判定する際、筋肉に適切な負荷を与える刺激用電圧Vp及び筋肉に大きな負荷を与える高負荷電圧Vhを記憶しており、この刺激用電圧Vp及び高負荷電圧Vhを電気刺激制御部16に指示する。刺激用電圧Vpは、トレーニングに寄与し得る負荷を与える電圧であって、実験、経験又は測定などにより、使用者に痛みの少ない電圧として設定されている。高負荷電圧Vhは、刺激用電圧Vpよりも高い値に設定されている電圧であって、使用者の筋肉により高い負荷を与える電圧が設定されている。なお、使用者が耐えうる最大の痛みに対応する電圧として最大刺激電圧が知られている。高負荷電圧Vhを最大刺激電圧よりも低い電圧とすることで、筋肉の組成に関する情報を取得する処理において使用者に強い痛みを与えるおそれが抑制される。
Further, when determining the composition of the muscle, the
操作兼表示部12は、判定部15から入力された酸素濃度Xs、出力電圧Vx及び筋肉の組成に関する情報の少なくとも1つを表示することで報知する。また、操作兼表示部12は、使用者の操作に従う指示信号Icを電気刺激制御部16に出力する。操作兼表示部12から電気刺激制御部16への指示信号Icには、筋肉に負荷を与えてトレーニングさせるトレーニングモードと、筋肉に負荷を与えて筋肉の組成に関する情報を取得する測定モードとが含まれる。トレーニングモードでは、トレーニングに寄与し得る刺激用電圧Vpが出力電圧Vxとして電極部20から出力される。測定モードでは、電極部20から出力された出力電圧Vxに応じて得られる実際の酸素濃度Xsの変化が反映された測定信号Isに基づいて筋肉の組成に関する情報が得られる。
The operation /
電気刺激制御部16は、判定部15からの刺激用電圧Vp、高負荷電圧Vh及び操作兼表示部12からの指示信号Icが入力され、これら入力された指示等に対応する電圧指令Vcを作成して電源部13に出力する。電気刺激制御部16は、操作兼表示部12から入力されるトレーニングモードの指示信号Icに対応して、トレーニングに寄与する電圧パターンを電圧指令Vcとする。また、電気刺激制御部16は、操作兼表示部12から入力される測定モードの指示信号Icに対応して、筋肉の組成に関する情報の取得に利用できる測定用の電圧パターンを電圧指令Vcとする。そして、電気刺激制御部16が作成した電圧指令Vcが電源部13に入力される。電源部13は入力された電圧指令Vcに対応する出力電圧Vxを電極部20に供給し、供給された出力電圧Vxが電極部20から出力される。
The electrical
測定用の電圧パターンは、複数の個別電圧パターンの組合せから構成されている。複数の個別電圧パターンはそれぞれ電圧を「0V」から高負荷電圧Vhまでの上昇範囲において連続的に漸増させる。一方、複数の個別電圧パターンはそれぞれ、電圧を漸増させる速度である漸増速度が相違する。例えば、測定用の電圧パターンが2つの個別電圧パターンの組合せより構成されているとき、それら2つの個別電圧パターンはそれぞれの漸増速度として低速度EV1又は高速度EV2を有する。低速度EV1及び高速度EV2はそれぞれ相違する速度であり、高速度EV2が低速度EV1よりも高い。このため、高速度EV2で電圧を漸増させた場合には低速度EV1で電圧を漸増させた場合よりも電圧が「0V」から高負荷電圧Vhに上昇するまでにかかる時間である所要時間が短い。なお、個別電圧パターンの出力において電圧の漸増速度が低速度EV1であることは第1の強度モードに対応し、電圧の漸増速度が高速度EV2であることは第2の強度モードに対応する。また例えば、測定用の電圧パターンが3つの個別電圧パターンの組合せとする場合、低速度EV1と高速度EV2との間に中速度EV3を設けるとよい。ここで、漸増速度の速さは、低速度EV1<中速度EV3<高速度EV2の関係にあり、所要時間の長さは、高速度EV2<中速度EV3<低速度EV1の関係にあるとする。つまり、漸増速度が高速度EV2のとき所要時間は最短になり、漸増速度が低速度EV1のとき所要時間は最長になる。 The voltage pattern for measurement is composed of a combination of a plurality of individual voltage patterns. Each of the plurality of individual voltage patterns gradually increases the voltage continuously in the rising range from “0 V” to the high load voltage Vh. On the other hand, each of the plurality of individual voltage patterns has a gradually increasing speed that is a speed at which the voltage is gradually increased. For example, when the voltage pattern for measurement is composed of a combination of two individual voltage patterns, the two individual voltage patterns have a low speed EV1 or a high speed EV2 as respective incremental speeds. The low speed EV1 and the high speed EV2 are different from each other, and the high speed EV2 is higher than the low speed EV1. For this reason, when the voltage is gradually increased at the high speed EV2, the time required for the voltage to rise from “0V” to the high load voltage Vh is shorter than when the voltage is gradually increased at the low speed EV1. . In addition, in the output of the individual voltage pattern, the voltage increase rate of the low speed EV1 corresponds to the first intensity mode, and the voltage increase speed of the high voltage EV2 corresponds to the second intensity mode. Further, for example, when the measurement voltage pattern is a combination of three individual voltage patterns, it is preferable to provide a medium speed EV3 between the low speed EV1 and the high speed EV2. Here, it is assumed that the speed of the gradually increasing speed has a relationship of low speed EV1 <medium speed EV3 <high speed EV2, and the length of the required time has a relation of high speed EV2 <medium speed EV3 <low speed EV1. . That is, the required time is the shortest when the gradually increasing speed is the high speed EV2, and the required time is the longest when the gradually increasing speed is the low speed EV1.
出力電圧Vxは、測定モードが実行される都度、複数の電圧パターンから構成される所定の組合せに基づいて、組み合わせを構成する各個別電圧パターンが所定の順序で出力される。各個別電圧パターンが所定の順序で出力されることにより、異なる時点の測定モードで取得される各情報の測定条件が統一されるようになる。測定条件が統一されれば、各情報を、その大小、又は、良否を判断するために設定されている基準値と比較すること、使用者から取得される複数の情報を比較すること、及び、使用者と使用者以外の他者とのそれぞれの情報を比較することが可能になる。そして、取得した情報を比較対象とする基準値、又は、他の情報と比較することによって、取得した情報の状態が相対的に判定され、この判定に基づいて有意な情報を取得することが可能になる。 As for the output voltage Vx, each time the measurement mode is executed, the individual voltage patterns constituting the combination are output in a predetermined order based on the predetermined combination including a plurality of voltage patterns. By outputting the individual voltage patterns in a predetermined order, the measurement conditions for each piece of information acquired in the measurement modes at different points in time are unified. If the measurement conditions are unified, each information is compared with the reference value set for judging the magnitude or quality, a plurality of information obtained from the user is compared, and It becomes possible to compare each information of a user and others other than a user. Then, by comparing the acquired information with a reference value for comparison or other information, the state of the acquired information is relatively determined, and significant information can be acquired based on this determination. become.
図3に示されるように、光電センサ30は、検出光を出射する発光部31と、検出光を検出する受光部32とを備えている。発光部31は、発光ダイオード(LED)であって、対象物の内部に向かって検出光を出射する。受光部32は、近赤外領域に感度を有するフォトダイオードである。発光部31と受光部32との間隔Wは、例えば30mmに設定されている。発光部31と受光部32との間隔Wの1/2の距離が生体組織の透過深度と言われている。よって、筋肉内の血中酸素濃度を測定することに好ましい深度を15mmとする場合、発光部31と受光部32との間隔Wは30mmが好ましい。
As shown in FIG. 3, the
図4に示されるように、発光部31には、近赤外領域の異なる3波長を発光する素子が選択される。異なる3波長の光は、例えば760nm,805nm,840nmの3つからなり(図4においてA,B,C)、この3波長の光が一組とされる。発光部31は、一組を構成する3つの異なる波長の光を所定の順番で(図4ではA,B,Cの順番で)一定の時間間隔毎に発光する。これら3つの異なる波長の光は、その発光強度又は発光量が予め定まっている。また、発光部31は、前述した3つの異なる波長の光からなる組合せを周期的に発光する。受光部32は、発光部31から出射されて生体組織を通過した近赤外光を受光し、受光した光の受光強度又は受光量を検出する。検出した受光強度又は受光量を発光部31の発光タイミングに対応させることで波長毎の受光強度又は受光量が得られる。光電センサ30は、検出した受光強度又は受光量に対応する測定信号Isを出力する。
As shown in FIG. 4, an element that emits three different wavelengths in the near infrared region is selected for the
酸素濃度算出部14は、3波長それぞれの発光量と受光量とから当該波長における対象物の吸光度を求め、所定の推定式によって酸素濃度Xsを求める。推定式は、装置の状態等、条件によって異なるが、各波長の吸光度の線形結合で表される。酸素濃度Xsは、いわゆる酸素飽和度であり、血液中のヘモグロビンのうち、実際に酸素を運んでいるヘモグロビンである酸化ヘモグロビンの比率を示し、単位は%(パーセント)である。酸素濃度算出部14は、光電センサ30によって継続的に測定され、血中酸素濃度の変化が反映される測定信号Isが入力されることにより酸素濃度Xsの時系列データを得る。ここで、血液中のヘモグロビンは体内で酸素と結合し、結合の有無によって近赤外領域における吸光度が変化する。そこで、酸素濃度算出部14は、この吸光度の違いを利用することで血中の酸素濃度Xsを算出する。
The oxygen concentration calculation unit 14 obtains the absorbance of the object at the wavelength from the light emission amount and the light reception amount of each of the three wavelengths, and obtains the oxygen concentration Xs by a predetermined estimation formula. The estimation formula varies depending on conditions such as the state of the apparatus, but is represented by a linear combination of absorbance at each wavelength. The oxygen concentration Xs is so-called oxygen saturation, and indicates the ratio of oxygenated hemoglobin, which is hemoglobin that actually carries oxygen, out of hemoglobin in blood, and the unit is% (percent). The oxygen concentration calculation unit 14 obtains time-series data of the oxygen concentration Xs by inputting the measurement signal Is continuously measured by the
なお、光電センサ30が人体の筋肉に対応する部位の体表面に取り付けられることによって、光電センサ30の透過深度の範囲内にある筋肉中の酸素濃度Xsが検出される。
ここで、図5を参照して、電気刺激が筋肉に負荷を与えることについて簡単に説明する。
The
Here, with reference to FIG. 5, it demonstrates briefly that electrical stimulation gives load to muscle.
一般に、筋肉は筋収縮により該筋肉中の血管が収縮されて血流制限が生じ、この血流制限によって筋肉中の酸素濃度が減少することが知られている。つまり筋肉に負荷が与えられると酸素濃度Xsが低下する。また、筋肉に与えられる負荷に応じて筋肉の収縮速度が変化し、筋肉の収縮速度に応じて酸素濃度の減少速度が変化することも知られている。さらに、電気刺激は、筋肉に負荷を与えることも知られている。そこで、制御部11は、筋肉に電気刺激を与えつつ、その筋肉内の酸素濃度Xsを測定することで電気刺激が筋肉に負荷を与えていることを検出する。また、制御部11は、与えている負荷に対する酸素濃度Xsの状態に基づいて筋肉の組成に関する情報を取得する。なお、図5において、時刻は開始時刻t0、第1時刻t1、第2時刻t2、第3時刻t3の順に経過する。また、出力電圧Vxの高さは、開始電圧V0<第1電圧V1<第2電圧V2の関係にあり、開始電圧V0は「0V」であり、第2電圧V2は高負荷電圧Vhであることが好ましい。さらに、酸素濃度Xsの濃さとして、開始電圧V0から第1電圧V1までに対応する当初濃度X1と、第2電圧V2に対応し、当初濃度X1よりも低い値となる高負荷濃度X2とがある。当初濃度X1は電気刺激が筋肉に与える負荷がまだ小さいときの酸素濃度Xsであり、高負荷濃度X2は電気刺激が筋肉に与える負荷が大きいときの酸素濃度Xsである。
In general, it is known that muscles contract blood vessels due to muscle contraction to restrict blood flow, and this restriction of blood flow reduces the oxygen concentration in the muscle. That is, when a load is applied to the muscle, the oxygen concentration Xs decreases. It is also known that the muscle contraction rate changes according to the load applied to the muscle, and the oxygen concentration decrease rate changes according to the muscle contraction rate. Furthermore, electrical stimulation is also known to load muscles. Therefore, the
図5(b)のグラフLb1に示されるように、出力電圧Vxが開始電圧V0から連続的に高くなるように変化することに応じて、図5(a)のグラフLa1に示されるように、筋肉中の酸素濃度Xsに変化が生じる。例えば、開始電圧V0から第1電圧V1までの間では、筋肉中の酸素濃度Xsは当初濃度X1付近に維持される。一方、第1電圧V1から第2電圧V2までの間では、筋肉中の酸素濃度Xsは当初濃度X1から変化する。つまり、出力電圧Vxが第1電圧V1を超えると、筋肉は、電気刺激によって受ける負荷に応じて酸素濃度Xsが変化することが示される。 As shown in the graph Lb1 in FIG. 5B, in response to the output voltage Vx changing so as to continuously increase from the start voltage V0, as shown in the graph La1 in FIG. A change occurs in the oxygen concentration Xs in the muscle. For example, between the start voltage V0 and the first voltage V1, the oxygen concentration Xs in the muscle is maintained near the initial concentration X1. On the other hand, between the first voltage V1 and the second voltage V2, the oxygen concentration Xs in the muscle changes from the initial concentration X1. That is, when the output voltage Vx exceeds the first voltage V1, it is shown that the oxygen concentration Xs of the muscle changes according to the load received by the electrical stimulation.
前述のように従来の電気刺激装置では、電気療法の目的に適合する電気刺激の強度が専門家によって定められている。また、電気療法を行う際、把握されていることが好ましい筋肉の組成は、それぞれの専門家のそれぞれの知識に基づいて把握される。専門家により把握される筋肉の組成に関する情報は、各専門家がそれぞれの知識等に基づいて把握するという実情の下、客観的な情報として取得されないおそれがある。また、筋肉の組成に関する情報が客観的な情報として取得されないとなると、専門家ではない使用者が筋肉の組成に関する情報を客観的に取得できないおそれが高い。 As described above, in the conventional electrical stimulation apparatus, the intensity of electrical stimulation suitable for the purpose of electrotherapy is determined by an expert. Moreover, when performing electrotherapy, the composition of the muscle that is preferably grasped is grasped based on the knowledge of each expert. Information regarding the composition of muscles grasped by experts may not be acquired as objective information under the fact that each expert grasps based on their knowledge and the like. Further, if information on muscle composition is not acquired as objective information, there is a high possibility that a user who is not an expert cannot objectively acquire information on muscle composition.
そこで、光電センサ30による筋肉内の酸素濃度Xsの客観的な測定結果である測定信号Isに基づいて酸素濃度算出部14により算出される酸素濃度Xsを用いて筋肉の組成に関する情報を客観的な情報として取得する。
Therefore, information on the composition of the muscle is objectively obtained using the oxygen concentration Xs calculated by the oxygen concentration calculation unit 14 based on the measurement signal Is that is an objective measurement result of the oxygen concentration Xs in the muscle by the
次に、図5を参照して、本電気刺激装置の作用としての筋肉の組成に関する情報を取得する手順について説明する。
電気刺激装置には操作兼表示部12を通じて測定モードが設定され、制御部11は測定モードの処理を開始する。詳述すると、電気刺激装置は使用者の操作により操作兼表示部12に測定モードが設定される。測定モードが設定された操作兼表示部12は、測定モードに関する指示信号Icを電気刺激制御部16へ出力する。電気刺激制御部16は、測定モードに対応する測定用の電圧のパターンに基づく電圧指令Vcを電源部13に出力する。その電圧指令Vcに基づく電圧が電源部13から電極部20に供給される。電極部20から出力される電圧が筋肉に付与されることで、測定モードで付与される電圧に反応した筋肉の酸素濃度Xsの反映された測定信号Isが酸素濃度算出部14に入力される。酸素濃度算出部14は入力された測定信号Isから酸素濃度Xsを算出する。酸素濃度算出部14により酸素濃度Xsが算出されると、判定部15は、開始時刻t0から第3時刻t3以降までの酸素濃度Xs及び出力電圧Vxの経時的変化を記憶する。上述のように酸素濃度Xsの経時的変化は、光電センサ30の測定信号Isに基づき得られる。出力電圧Vxの経時的変化は、電気刺激制御部16の電圧指令Vc又は電源部13より得られる。
Next, with reference to FIG. 5, a procedure for acquiring information related to the composition of muscle as an action of the electrical stimulation apparatus will be described.
The measurement mode is set in the electrical stimulation device through the operation /
ところで、電気刺激制御部16は、測定用の電圧のパターンに含まれる各個別電圧パターンを所定の順番で出力する。例えば、個別電圧パターンが2つの場合、電気刺激制御部16は、まず、漸増速度が低速度EV1の個別電圧パターンを出力し、この出力終了後に漸増速度が高速度EV2の個別電圧パターンを出力する。個別電圧パターンが3つの場合、低速度EV1の個別電圧パターンと高速度EV2の個別電圧パターンとの間に、中速度EV3の個別電圧パターンを出力するとよい。なお、個別電圧パターンを切り替える際、先の個別電圧パターンの出力終了後、筋肉の酸素濃度Xsが当初濃度X1の範囲まで回復してから次の個別電圧パターンを出力するとよい。
Incidentally, the electrical
よって、測定モードの実行により、使用者の筋肉の組成に関する情報の判定対象とする部位の筋肉について、漸増速度の異なる個別電圧パターン毎に酸素濃度XsのグラフLa1、及び、出力電圧VxのグラフLb1がそれぞれ得られる。 Therefore, the graph La1 of the oxygen concentration Xs and the graph Lb1 of the output voltage Vx for each individual voltage pattern with different gradual increase speeds for the muscles of the region to be determined for information related to the user's muscle composition by executing the measurement mode. Are obtained respectively.
酸素濃度Xsから得られる特徴量について、1つの個別電圧パターンから得られる酸素濃度Xsを例に説明する。
図5に示すように、まず、個別電圧パターンに基づいて電極部20からの出力電圧Vxが開始時刻t0の開始電圧V0から第2時刻t2の第2電圧V2まで変化する。まず、出力電圧Vxが開始電圧V0から第1時刻t1の第1電圧V1まで変化するとき、酸素濃度Xsは、当初濃度X1にほぼ維持される。続いて、出力電圧Vxが第1電圧V1から高負荷電圧Vhである第2電圧V2まで変化するとき、酸素濃度Xsは、出力電圧Vxの上昇に応じて当初濃度X1から高負荷濃度X2へ徐々に低下する。酸素濃度Xsのうち、維持されていた当初濃度X1から濃度の低下が始まる第1電圧V1に対応する点を特徴量としての屈曲点P1として特定し、第2電圧V2に対応する点を特徴量としての最低点P2として特定する。
The feature amount obtained from the oxygen concentration Xs will be described taking the oxygen concentration Xs obtained from one individual voltage pattern as an example.
As shown in FIG. 5, first, the output voltage Vx from the
そして、第2時刻t2以降、電極部20の出力電圧Vxは開始電圧V0に維持される。このとき、電気刺激による負荷から解放された筋肉は弛緩して血流が回復し、酸素濃度Xsは高負荷濃度X2から当初濃度X1へ向けて徐々に回復する。
Then, after the second time t2, the output voltage Vx of the
判定部15は、酸素濃度Xs、及び、出力電圧Vxの経時的変化が記憶されると、酸素濃度XsのグラフLa1の酸素濃度Xsの屈曲点P1を求める。屈曲点P1は、酸素濃度XsのグラフLa1の傾きが一定時間負の値を継続した点として求められる。例えば、屈曲点P1は、酸素濃度XsのグラフLa1の微分値を算出し、微分値が負の値であることが一定時間継続している点として検出される。酸素濃度Xsの低下は、負荷に対応して筋肉が収縮していることを示している。つまり屈曲点P1は、筋肉が収縮を始めるときの出力電圧Vxを示し、この電圧以上の電圧によれば少なくともトレーニングの目的に適合する有意な負荷、又は、筋肉の組成の判定に適合する有意な負荷が筋肉に付与される。
When the change over time of the oxygen concentration Xs and the output voltage Vx is stored, the
また、判定部15は、酸素濃度XsのグラフLa1に基づいて酸素濃度の最低点P2を求める。最低点P2は、出力電圧Vxが第2電圧V2のときの酸素濃度Xsに対応する点として取得される。第2電圧V2は、それよりも電圧が上がると、酸素濃度Xsの低下速度が零、または、酸素濃度Xsが低下しなくなる電圧として設定されている。出力電圧Vxが第2電圧V2のとき、そこから電圧が増加したとしても、酸素濃度Xsに生じる変化は比較的小さく、酸素濃度Xsの変化としては安定している状態である。
Further, the
さらに判定部15は、酸素濃度XsのグラフLa1に基づいて、酸素濃度減少速度A、酸素濃度低下量Xd及び酸素濃度回復時間Trの少なくとも1つを求めることができる。
酸素濃度減少速度Aは、出力電圧Vxの漸増に応じる筋収縮が生じさせる血流制限にともなう酸素濃度Xsの減少速度である。酸素濃度減少速度Aは、屈曲点P1及び最低点P2に基づいて得られる。酸素濃度減少速度Aは、図5(a)において、第1時刻t1の屈曲点P1から第2時刻t2の最低点P2までの間にあって、グラフLa1の傾きの変化が所定の範囲内に含まれる直線領域を取り出した線B1の傾きで示される。酸素濃度減少速度Aは、「−(濃度差ΔX/時間差Δt1)」で算出される。濃度差ΔXは、当初濃度X1と高負荷濃度X2との差の絶対値であり、時間差Δt1は第1時刻t1と第2時刻t2との差の絶対値である。なお、正負の符号の要否は必要に応じて定めればよい。
Furthermore, the
The oxygen concentration decrease rate A is a decrease rate of the oxygen concentration Xs due to blood flow limitation caused by muscle contraction according to the gradual increase of the output voltage Vx. The oxygen concentration decrease rate A is obtained based on the bending point P1 and the lowest point P2. In FIG. 5A, the oxygen concentration decrease rate A is between the bending point P1 at the first time t1 and the lowest point P2 at the second time t2, and the change in the slope of the graph La1 is included within a predetermined range. This is indicated by the slope of the line B1 from which the straight line area is extracted. The oxygen concentration decrease rate A is calculated by “− (concentration difference ΔX / time difference Δt1)”. The concentration difference ΔX is the absolute value of the difference between the initial concentration X1 and the high load concentration X2, and the time difference Δt1 is the absolute value of the difference between the first time t1 and the second time t2. In addition, what is necessary is just to determine the necessity of a positive / negative sign as needed.
酸素濃度低下量Xdは、出力電圧Vxの漸増に応じて筋収縮が生じさせる血流制限にともなう酸素濃度Xsの減少量である。酸素濃度低下量Xdは、屈曲点P1及び最低点P2に基づいて得られる。酸素濃度低下量Xdは、図5(a)において、酸素濃度XsのグラフLa1の屈曲点P1に対応する当初濃度X1と、最低点P2に対応する高負荷濃度X2との間の差である。 The oxygen concentration decrease amount Xd is a decrease amount of the oxygen concentration Xs due to blood flow limitation caused by muscle contraction in accordance with the gradual increase of the output voltage Vx. The oxygen concentration decrease amount Xd is obtained based on the bending point P1 and the lowest point P2. The oxygen concentration decrease amount Xd is a difference between the initial concentration X1 corresponding to the bending point P1 of the graph La1 of the oxygen concentration Xs and the high load concentration X2 corresponding to the lowest point P2 in FIG.
酸素濃度回復時間Trは、出力電圧Vxの出力が終了して零になることにより筋収縮による血流制限が解消されて筋肉中の酸素濃度Xsが当初濃度X1の範囲まで回復する時間である。酸素濃度回復時間Trは、最低点P2の時刻t2と酸素濃度Xsの回復タイミングの時刻t3に基づいて得られる。 The oxygen concentration recovery time Tr is a time during which the restriction of blood flow due to muscle contraction is resolved when the output of the output voltage Vx ends and the muscle oxygen concentration Xs recovers to the range of the initial concentration X1. The oxygen concentration recovery time Tr is obtained based on the time t2 at the lowest point P2 and the time t3 at the recovery timing of the oxygen concentration Xs.
図6を参照して、測定用の電圧パターンから得られる酸素濃度Xsの経時的変化及び特徴量について説明する。図6(a)に示すように、測定用の電圧パターンは、漸増速度が低速度EV1と高速度EV2の2つの個別電圧パターンを出力させる場合について例示する。図6(b)に示すように、漸増速度が低速度EV1の個別電圧パターンのグラフLb11より得られた酸素濃度Xsの変化がグラフLa11に示されている。また、漸増速度が高速度EV2の個別電圧パターンのグラフLb12より得られた酸素濃度Xsの変化がグラフLa12に示されている。図6の例では、開始時刻t10から高速度EV2のときの屈曲点に対応する時刻t111までの時間は、低速度EV1のときの屈曲点に対応する時刻t112までの時間よりも短い。また、高速度EV2のときの時刻t111における電圧V111は、低速度EV1のときの時刻t112における電圧V112よりも低い。 With reference to FIG. 6, the temporal change and feature amount of the oxygen concentration Xs obtained from the voltage pattern for measurement will be described. As shown in FIG. 6A, the voltage pattern for measurement is exemplified for the case where two individual voltage patterns having a gradually increasing speed of low speed EV1 and high speed EV2 are output. As shown in FIG. 6B, the graph La11 shows the change in the oxygen concentration Xs obtained from the graph Lb11 of the individual voltage pattern in which the gradually increasing rate is the low rate EV1. In addition, the graph La12 shows the change in the oxygen concentration Xs obtained from the graph Lb12 of the individual voltage pattern in which the gradually increasing rate is the high rate EV2. In the example of FIG. 6, the time from the start time t10 to the time t111 corresponding to the inflection point at the high speed EV2 is shorter than the time to the time t112 corresponding to the inflection point at the low speed EV1. Further, the voltage V111 at time t111 at the time of the high speed EV2 is lower than the voltage V112 at time t112 at the time of the low speed EV1.
まず、電圧の漸増速度が遅い場合に得られる特徴量などについて説明する。電圧の漸増速度が低速度EV1のとき、筋肉が電気刺激を受けている時間が長くなるため、酸素濃度Xsの酸素濃度低下量Xd1は多い。その一方、グラフLa11の傾きを示す線B11の傾きは小さく、この傾きに対応する酸素濃度減少速度D1は遅い。また、電気刺激の出力が終了した後は、酸素濃度Xsが刺激開始前のレベルである当初濃度X10の範囲に回復するまでの時間である酸素濃度回復時間Tr1が短い。酸素濃度低下量Xd1は、当初濃度X10と第1濃度X121との差から得られ、酸素濃度減少速度D1は線B11の傾きから得られる。酸素濃度回復時間Tr1は、酸素濃度Xsが最低点に対応する時刻t122と当初濃度X10の範囲に達した時刻t13との差として得られる。 First, feature amounts and the like obtained when the voltage increase rate is slow will be described. When the gradual increase rate of the voltage is the low speed EV1, the time during which the muscle is subjected to electrical stimulation becomes longer, so the oxygen concentration decrease amount Xd1 of the oxygen concentration Xs is large. On the other hand, the slope of the line B11 indicating the slope of the graph La11 is small, and the oxygen concentration reduction rate D1 corresponding to this slope is slow. Further, after the output of the electrical stimulation is completed, the oxygen concentration recovery time Tr1, which is the time until the oxygen concentration Xs recovers to the range of the initial concentration X10 that is the level before the start of stimulation, is short. The oxygen concentration decrease amount Xd1 is obtained from the difference between the initial concentration X10 and the first concentration X121, and the oxygen concentration decrease rate D1 is obtained from the slope of the line B11. The oxygen concentration recovery time Tr1 is obtained as the difference between the time t122 when the oxygen concentration Xs corresponds to the lowest point and the time t13 when the oxygen concentration Xs reaches the range of the initial concentration X10.
逆に、電圧の漸増速度が速い場合に得られる特徴量などについて説明する。電圧の漸増速度が高速度EV2のとき、筋肉が電気刺激を受けている時間が短くなるため、酸素濃度Xsの酸素濃度低下量Xd2は少ない。その一方、グラフLa12の傾きを示す線B12の傾きは大きく、この傾きに対応する酸素濃度減少速度D2は速い。また、電気刺激の出力が終了した後、酸素濃度Xsが刺激開始前のレベルである当初濃度X10の範囲に回復するまでの時間である酸素濃度回復時間Tr2が長い。酸素濃度低下量Xd2は、当初濃度X10と第2濃度X122との差から得られ、酸素濃度減少速度D2は線B12の傾きから得られる。酸素濃度回復時間Tr2は、酸素濃度Xsが最低点に対応する時刻t121と当初濃度X10の範囲に達した時刻t13との差として得られる。 On the contrary, the characteristic amount obtained when the voltage gradually increasing rate is fast will be described. When the gradual increase rate of the voltage is the high speed EV2, the time during which the muscle is receiving electrical stimulation is shortened, so the oxygen concentration decrease amount Xd2 of the oxygen concentration Xs is small. On the other hand, the slope of the line B12 indicating the slope of the graph La12 is large, and the oxygen concentration reduction rate D2 corresponding to this slope is fast. In addition, the oxygen concentration recovery time Tr2, which is the time until the oxygen concentration Xs recovers to the range of the initial concentration X10 that is the level before the start of stimulation after the output of the electrical stimulation, is long. The oxygen concentration decrease amount Xd2 is obtained from the difference between the initial concentration X10 and the second concentration X122, and the oxygen concentration decrease rate D2 is obtained from the slope of the line B12. The oxygen concentration recovery time Tr2 is obtained as the difference between the time t121 when the oxygen concentration Xs corresponds to the lowest point and the time t13 when the oxygen concentration Xs reaches the range of the initial concentration X10.
続いて、判定部15が筋肉の組成に関する情報を取得して判定することについての具体例について説明する。筋肉の組成に関する情報は、酸素濃度Xsから取得される特徴量としての酸素濃度減少速度A、酸素濃度低下量Xd及び酸素濃度回復時間Trの少なくとも1つに基づいて得られる。よって判定部15は、少なくとも1つの特徴量に基づいて筋肉の組成に関する情報を取得できる。また、判定部15は、取得した特徴量、及び、各特徴量に基づき得られた筋肉の組成に関する情報の少なくとも1つを記憶し、過去の情報として使用可能にもしている。
Then, the specific example about the
ここでは、筋肉の組成に関する情報は、速筋と遅筋との比率である。よって、酸素濃度回復時間Tr、酸素濃度減少速度A又は酸素濃度低下量Xdに基づいて筋肉の組成に関する情報の一つとして、速筋と遅筋との比率が得られる。なお、筋肉の組成に関する情報は、速筋と遅筋との比率に制限されるものではなく、生体に関する経験や研究などに基づいて定められる情報とすることが可能である。また、各特徴量と、その特徴量から得られる筋肉の組成に関する情報との関係は例示した組合せに制限されるものではなく、生体に関する経験や研究などに基づいて定められる組み合わせとすることが可能である。 Here, the information regarding the composition of the muscle is the ratio between the fast muscle and the slow muscle. Therefore, the ratio of the fast muscle to the slow muscle is obtained as one piece of information regarding the muscle composition based on the oxygen concentration recovery time Tr, the oxygen concentration decrease rate A, or the oxygen concentration decrease amount Xd. Note that the information related to the muscle composition is not limited to the ratio of the fast muscle to the slow muscle, and can be information determined based on experience and research on the living body. In addition, the relationship between each feature quantity and the information on the muscle composition obtained from the feature quantity is not limited to the exemplified combination, and can be a combination determined based on experience and research on living bodies. It is.
ここで、速筋と遅筋との比率について説明する。
筋肉の組成には、速筋と遅筋とがある。速筋は白筋ともいわれ、遅筋は赤筋ともいわれる。速筋と遅筋とでは、刺激に対する反応速度が異なることが知られている。速筋は遅筋に比べて、筋繊維が太く、刺激が速く伝わるため収縮が早い。つまり、速筋は刺激に対する反応速度が早い特徴を有する。このような特徴から速筋は、瞬発力が必要とされるときに大きく作用する筋肉であり、短距離走などに必要な瞬発力に関係が強い。逆に、遅筋は速筋に比べて、筋繊維が細く、刺激が伝わるのが遅いため収縮も遅い。つまり、遅筋は刺激に対する反応速度が遅い特徴を有する。このような特徴から遅筋は、持久力が必要とされるときに大きく作用する筋肉であり、長距離マラソンなどに必要な持久力に関係が強い。
Here, the ratio between the fast muscle and the slow muscle will be described.
There are fast muscles and slow muscles in the composition of muscles. The fast muscle is also called the white muscle, and the slow muscle is also called the red muscle. It is known that fast muscles and slow muscles have different response speeds to stimuli. Fast muscles are faster in contraction than thick muscles because they have thicker muscle fibers and faster stimulation. That is, the fast muscle has a feature that the response speed to the stimulus is fast. Because of these characteristics, the fast muscle is a muscle that acts greatly when instantaneous force is required, and is strongly related to the instantaneous force required for short-distance running. On the contrary, the slow muscle is thinner than the fast muscle, and the contraction is slow because the muscle fiber is thin and the stimulus is transmitted slowly. That is, the slow muscle has a feature that the response speed to the stimulus is slow. Due to these characteristics, the slow muscle is a muscle that acts greatly when endurance is required, and is strongly related to the endurance required for a long-distance marathon or the like.
こうした速筋と遅筋との特徴によれば、電圧の漸増速度が高速度EV2のときは主に速筋が反応し、電圧の漸増速度が低速度EV1のときには主に遅筋が反応すると考えられる。よって、電圧の漸増速度が高速度EV2のときの酸素濃度Xsの変化及び特徴量には、速筋の影響が大きく現れ、電圧の漸増速度が低速度EV1のときの酸素濃度Xsの変化及び特徴量には、遅筋の影響が大きく現れるようになる。すなわち、高速度EV2のときの酸素濃度Xsの変化及び特徴量、低速度EV1のときの酸素濃度Xsの変化及び特徴量、又は、それら両方の酸素濃度Xsの変化及び特徴量に基づいて、速筋と遅筋との比率を得ることが可能である。 According to the characteristics of the fast muscle and the slow muscle, it is considered that the fast muscle mainly reacts when the voltage increasing speed is the high speed EV2, and the slow muscle mainly reacts when the voltage increasing speed is the low speed EV1. It is done. Therefore, the influence of the fast muscle appears greatly in the change and feature amount of the oxygen concentration Xs when the voltage increase rate is the high speed EV2, and the change and feature of the oxygen concentration Xs when the voltage increase rate is the low speed EV1. The amount of slow muscles is greatly affected by the amount. That is, based on the change and feature amount of the oxygen concentration Xs at the high speed EV2, the change and feature amount of the oxygen concentration Xs at the low speed EV1, or the change and feature amount of the oxygen concentration Xs of both of them. It is possible to obtain the ratio of muscle to slow muscle.
そこで、判定部15では、高速度EV2のときの酸素濃度Xsの変化及び特徴量と低速度EV1のときの酸素濃度Xsの変化及び特徴量とに基づいて、速筋と遅筋との比率を得る。
Therefore, the
図7及び図8を参照して、酸素濃度Xsの特徴量毎に速筋と遅筋との比率を取得する場合について例示する。
図7は、酸素濃度減少速度Aに基づいて速筋と遅筋との比率を得る例を示す。
With reference to FIG. 7 and FIG. 8, the case of acquiring the ratio of the fast muscle and the slow muscle for each feature amount of the oxygen concentration Xs will be exemplified.
FIG. 7 shows an example in which the ratio between the fast muscle and the slow muscle is obtained based on the oxygen concentration decrease rate A.
使用者の1人である第1被験者M1について電気刺激装置により測定モードを実行することで、測定用の電圧パターンが第1被験者M1の筋肉に与えられる。そして、判定部15は、第1被験者M1の筋肉の酸素濃度Xsの経時的変化から、低速度EV1の個別電圧パターンに対応する線B11の傾きΔD11と、高速度EV2の個別電圧パターンに対応する線B12の傾きΔD12を得る。低速度EV1に対応する線B11の傾きΔD11と、高速度EV2に対応する線B12の傾きΔD12とにおいて、「傾きΔD11/傾きΔD12」は遅筋と速筋の割合を示す指標となる。よって、判定部15では、「傾きΔD11/傾きΔD12」が小さい程、遅筋が速筋に比べて多く、遅筋の割合が高いと判定することができる。
A voltage pattern for measurement is applied to the muscle of the first subject M1 by executing the measurement mode with the electric stimulator for the first subject M1 who is one of the users. And the
また、他の使用者の1人である第2被験者M2について測定モードを実行する。判定部15は、低速度EV1の個別電圧パターンに対応する線B21(図示略)の傾きΔD21、高速度EV2の個別電圧パターンに対応する線B22(図示略)の傾きΔD22を得る。このとき、第2被験者M2の遅筋と速筋の割合を示す指標は「傾きΔD21/傾きΔD22」となる。よって、第2被験者M2についてもその遅筋と速筋の割合を判定することができる。
Further, the measurement mode is executed for the second subject M2, which is one of the other users. The
さらに、第1被験者M1と第2被験者M2との間で遅筋と速筋の割合を比較することができる。図7の例によれば、第2被験者M2の傾きΔD21,ΔD22が、第1被験者M1の傾きΔD11,ΔD12よりも大きく、傾きΔD21と傾きΔD22との差よりも傾きΔD11と傾きΔD12との差が大きい。よって指標を比較すると「傾きΔD21/傾きΔD22」>「傾きΔD11/傾きΔD12」となる。これにより第2被験者M2は第1被験者M1に比べて遅筋の割合が少ないと判定できる。 Furthermore, the ratio of the slow muscle and the fast muscle can be compared between the first subject M1 and the second subject M2. According to the example of FIG. 7, the slopes ΔD21 and ΔD22 of the second subject M2 are larger than the slopes ΔD11 and ΔD12 of the first subject M1, and the difference between the slope ΔD11 and the slope ΔD12 is greater than the difference between the slope ΔD21 and the slope ΔD22. Is big. Therefore, when the indices are compared, “slope ΔD21 / slope ΔD22”> “slope ΔD11 / slope ΔD12”. Thereby, it can be determined that the second subject M2 has a lower proportion of slow muscles than the first subject M1.
なお、図7に示すように、中速度EV3の個別電圧パターンを含む電圧パターンによる測定を行い、第1被験者M1の線の傾きΔD13、及び、第2被験者M2の線の傾きΔD23の少なくとも一方を求めてもよい。第1被験者M1について、中速度EV3に対応する線の傾きΔD13を利用すれば、「傾きΔD11/傾きΔD13」及び「傾きΔD12/傾きΔD13」の少なくとも一方を用いることでその遅筋と速筋の割合をより高い精度で得られるようになる。また、第2被験者M2について、中速度EV3に対応する線の傾きΔD23利用することで、上述した第1被験者M1のときと同様に、その遅筋と速筋の割合をより高い精度で得られるようになる。 As shown in FIG. 7, measurement is performed using a voltage pattern including an individual voltage pattern of the medium speed EV3, and at least one of the line inclination ΔD13 of the first subject M1 and the line inclination ΔD23 of the second subject M2 is determined. You may ask for it. For the first subject M1, if the slope ΔD13 of the line corresponding to the medium speed EV3 is used, by using at least one of “slope ΔD11 / slope ΔD13” and “slope ΔD12 / slope ΔD13”, the slow muscle and the fast muscle The ratio can be obtained with higher accuracy. Further, by using the slope ΔD23 of the line corresponding to the medium speed EV3 for the second subject M2, the ratio of the slow muscle and the fast muscle can be obtained with higher accuracy as in the case of the first subject M1 described above. It becomes like this.
図8は、酸素濃度回復時間Trに基づいて速筋と遅筋との比率を得る例を示す。
第1被験者M1について電気刺激装置により測定モードを実行することで、測定用の電圧パターンが第1被験者M1の筋肉に与えられる。そして、判定部15は、出力電圧Vxの出力が終了してからの第1被験者M1の筋肉の酸素濃度Xsの経時的変化から、低速度EV1の個別電圧パターンに対応する酸素濃度回復時間Tr1M1を得る。また、判定部15は、同経時的変化から、高速度EV2の個別電圧パターンに対応する酸素濃度回復時間Tr2M1を得る。低速度EV1に対応する酸素濃度回復時間Tr1M1と、高速度EV2に対応する酸素濃度回復時間Tr2M1とにおいて、「Tr1M1/Tr2M1」は遅筋と速筋の割合を示す指標となる。判定部15では、「Tr1M1/Tr2M1」が小さい程、遅筋が速筋に比べて多く、遅筋の割合が高いと判定することができる。
FIG. 8 shows an example in which the ratio between the fast muscle and the slow muscle is obtained based on the oxygen concentration recovery time Tr.
A voltage pattern for measurement is given to the muscle of the first subject M1 by executing the measurement mode for the first subject M1 using the electrical stimulation device. Then, the
また、第2被験者M2について測定モードを実行する。判定部15は、出力電圧Vxの出力が終了してからの低速度EV1に対応する酸素濃度回復時間Tr1M2、高速度EV2に対応する酸素濃度回復時間Tr2M2が得られる。このとき、第2被験者M2の遅筋と速筋の割合を示す指標は「Tr1M2/Tr2M2」となる。よって、第2被験者M2についてもその遅筋と速筋の割合を判定することができる。
Further, the measurement mode is executed for the second subject M2. The
さらに、第1被験者M1と第2被験者M2との間で遅筋と速筋の割合を比較することができる。図8の例によれば、第2被験者M2の酸素濃度回復時間Tr1M2,Tr2M2が、第1被験者M1の酸素濃度回復時間Tr1M1,Tr2M1よりも大きい。これに加えて、2つの酸素濃度回復時間Tr1M2,Tr2M2の差と、2つの酸素濃度回復時間Tr1M1,Tr2M1の差とに大きな違いがない。よって各指標を比較すると「Tr1M2/Tr2M2」>「Tr1M1/Tr2M1」となる。これにより第2被験者M2は第1被験者M1に比べて遅筋の割合が少ないと判定できる。 Furthermore, the ratio of the slow muscle and the fast muscle can be compared between the first subject M1 and the second subject M2. According to the example of FIG. 8, the oxygen concentration recovery times Tr1M2 and Tr2M2 of the second subject M2 are longer than the oxygen concentration recovery times Tr1M1 and Tr2M1 of the first subject M1. In addition, there is no significant difference between the difference between the two oxygen concentration recovery times Tr1M2 and Tr2M2 and the difference between the two oxygen concentration recovery times Tr1M1 and Tr2M1. Therefore, when each index is compared, “Tr1M2 / Tr2M2”> “Tr1M1 / Tr2M1”. Thereby, it can be determined that the second subject M2 has a lower proportion of slow muscles than the first subject M1.
よって、電気刺激装置によれば、筋肉の組成に関する情報を客観的な情報として取得することのできるものとすることができる。
このように、遅筋と速筋の割合を判定することができることで、鍛えたい筋肉に応じた適切なトレーニング又は治療を計画することができるようになる。
Therefore, according to the electrical stimulation device, information related to the muscle composition can be acquired as objective information.
Thus, by determining the ratio of the slow muscle and the fast muscle, it becomes possible to plan an appropriate training or treatment according to the muscle to be trained.
トレーニングの計画を例にすると、トレーニングモードのとき筋肉に付与する電圧パターンをトレーニングの目的とする筋肉に負荷を与える態様することができる。例えば、速筋をトレーニングしたい場合、電圧の漸増速度の速い電圧パターンを筋肉に付与することで、速筋の負荷をより高くさせるようにする。逆に、遅筋をトレーニングしたい場合、電圧の漸増速度の遅い電圧パターンを筋肉に付与することで、遅筋の負荷をより高くさせるようにする。このように、使用者の筋肉の組成にあわせて負荷を調整するようにすることで、筋肉に効果の得られる適切な負荷を加えられるようになるとともに、筋肉に過剰な負荷を与えるおそれも低減される。 Taking a training plan as an example, a voltage pattern applied to muscles in the training mode can be applied to a muscle targeted for training. For example, when training a fast muscle, a load is applied to the muscle by applying a voltage pattern with a fast voltage increase rate to the muscle. Conversely, when training the slow muscles, a voltage pattern with a slow voltage increase rate is applied to the muscles to increase the load of the slow muscles. In this way, by adjusting the load according to the composition of the user's muscles, it is possible to apply an appropriate load that is effective for the muscles, and also reduce the risk of overloading the muscles Is done.
以上説明したように、本電気刺激装置によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)筋肉の組成に関する情報が、電極部20から出力された電気刺激に応じて変化する酸素濃度Xsの反映された測定信号Isに基づく情報として操作兼表示部12から出力される。筋肉の酸素濃度は電気刺激に反応して変化することが知られていることから、電気刺激と酸素濃度との関係から筋肉の組成に関する情報が取得される。これにより、筋肉の組成に関する情報が客観的に取得されるようになる。
As described above, according to the electrical stimulation device, the following effects can be achieved.
(1) Information relating to muscle composition is output from the operation /
(2)測定信号Isが反映された情報を、異なる漸増速度である低速度EV1の個別電圧パターンおよび高速度EV2の個別電圧パターンから取得できるようになる。
(3)操作兼表示部12から出力される情報を、酸素濃度Xsから算出される特徴量である酸素濃度減少速度A又は酸素濃度回復時間Trが反映された情報とすることができる。
(2) Information reflecting the measurement signal Is can be acquired from the individual voltage pattern of the low speed EV1 and the individual voltage pattern of the high speed EV2, which are different incremental speeds.
(3) The information output from the operation /
(4)酸素濃度減少速度Aに基づいて筋肉の組成に関する情報が操作兼表示部12から出力される。
(5)酸素濃度回復時間Trに基づいて筋肉の組成に関する情報が操作兼表示部12から出力される。
(4) Information related to the muscle composition is output from the operation /
(5) Information related to the muscle composition is output from the operation /
(6)操作兼表示部12から筋肉における速筋および遅筋の比率に関する情報が出力される。つまり筋肉における速筋および遅筋の比率を客観的な情報として得られる。
(変形例)
実施の形態に関する説明は、本電気刺激装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本電気刺激装置は、実施の形態以外に例えば以下に示される実施の形態の変形例を取り得る。
(6) Information relating to the ratio of fast and slow muscles in the muscle is output from the operation /
(Modification)
The description related to the embodiment is an exemplification of a form that can be taken by the electrical stimulation apparatus, and is not intended to limit the form. This electrical stimulation apparatus can take the modification of embodiment shown below other than embodiment, for example.
・上記実施の形態では、第1被験者M1と第2被験者M2との筋肉の組成を対比する場合について例示した。しかしこれに限らず、1人の被験者の筋肉の組成を、標準値として定めた筋肉の組成の範囲と比較することによって、その被験者の筋肉の組成が、標準であるのか、遅筋が多いのか、速筋が多いのかを判定するようにしてもよい。 -In above-mentioned embodiment, it illustrated about the case where the composition of the muscle of the 1st test subject M1 and the 2nd test subject M2 was contrasted. However, the present invention is not limited to this. By comparing the muscle composition of one subject with the range of muscle composition determined as the standard value, is the subject's muscle composition normal or more slow? Alternatively, it may be determined whether there are many fast muscles.
・上記実施の形態では、酸素濃度減少速度A又は酸素濃度回復時間Tr1を用いて筋肉の組成を表す指標を取得する場合について例示した。しかしこれに限らず、筋肉の組成を表す指標を、酸素濃度低下量Xd又は酸素濃度が回復するときの酸素濃度増加速度を用いてもよい。 In the above embodiment, the case where an index representing the muscle composition is acquired using the oxygen concentration decrease rate A or the oxygen concentration recovery time Tr1 is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and the oxygen concentration decrease amount Xd or the oxygen concentration increase rate when the oxygen concentration recovers may be used as an index representing the muscle composition.
・上記実施の形態では、屈曲点P1を、酸素濃度の経時的変化の微分値が負の値であることが一定時間継続する点として求めた。しかし、酸素濃度の屈曲点として適切に求めることができるのであれば、屈曲点を微分値が負の値である状態が所定の演算回数継続したことなどを条件にして求めてもよい。 In the above embodiment, the bending point P1 is obtained as a point where the differential value of the change with time in the oxygen concentration is a negative value that lasts for a certain period of time. However, as long as the oxygen concentration inflection point can be appropriately obtained, the inflection point may be obtained on the condition that a state where the differential value is a negative value has continued for a predetermined number of times.
・上記実施の形態では、屈曲点P1を1次微分により検出する場合について例示した。しかし、酸素濃度の屈曲点として適切に求めることができるのであれば、その求め方は1次微分に限定されるものではなく、屈曲点が2次微分又は曲率値の変化などの方法にて検出されてもよい。 In the above embodiment, the case where the bending point P1 is detected by primary differentiation is illustrated. However, if the oxygen concentration inflection point can be obtained appropriately, the method of obtaining is not limited to the first derivative, and the inflection point is detected by a method such as a second derivative or a change in the curvature value. May be.
・上記実施の形態において、操作兼表示部12は、タッチパネルでもよい。タッチパネルは、その表面を操作部として用いることにより、ボタンを減らしたり、無くしたりすることができる。
In the above embodiment, the operation /
・上記実施の形態において、操作兼表示部12は、情報の報知が可能であれば、表示部とともに、または、表示部に代えて、音、音声、振動及び光の少なくとも1つなどを出力する機能を有していてもよい。これにより、文字又は画像以外の方法によって情報を報知することができる。
In the above embodiment, the operation /
・上記実施の形態において、第1の電極21、第2の電極22及び光電センサ30は、筋肉が対象となる部位であれば、脚以外の対象物、例えば腕、腹部などの部位に装着されてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態において、第1の電極21及び第2の電極22は、筋肉に電気刺激を与えることができるものであればよく、使用者の体表面に直接貼り付けられるものなど、サポータ以外の方法で使用者の体に装着されるものであってもよい。
-In above-mentioned embodiment, the
・上記実施の形態において、光電センサ30は、血中酸素濃度を測定することができるのであれば、使用者の体表面に直接貼り付けられるなど、サポータ以外の方法で使用者に装着されてよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態において、発光部31と受光部32との間隔Wは、30mmには限定されない。発光部31と受光部32との間隔Wの1/2の距離が生体組織の透過深度と言われていることから、目的に応じて定まる生体組織の透過深度に応じて発光部31と受光部32との間隔Wを設定することができる。なお、筋肉の酸素濃度を測定することができるのであれば、間隔Wと透過深度との関係は1/2に限定されるものではない。
In the above embodiment, the interval W between the
・上記実施の形態において、発光部31は、血中酸素濃度を測定可能であれば、760nm,805nm,840nm以外の波長を用いてもよい。例えば、波長としては、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの等吸収点である805nmを跨ぐような波長を選択することが好ましいが、吸光度に相違が生じればそれ以外の波長が用いられてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態において、発光部31は、血中酸素濃度を測定可能であれば、2波長を発光するものでもよい。2波長の場合、例えば、波長として、760nm,840nmの組合せが挙げられる。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態において、特徴量を、算出された酸素濃度Xsの変化に基づいて取得することに限らず、測定された測定信号Isの変化に基づいて取得してもよい。測定信号Isは、実際の酸素濃度Xsに対応する信号であるから、測定信号Isの経時的変化に基づいて屈曲点、最低点、屈曲電圧Vb、酸素濃度減少速度A、酸素濃度低下量Xd及び酸素濃度回復時間Trなどの情報を取得することができる。 -In above-mentioned embodiment, you may acquire a feature-value not only based on the change of the calculated oxygen concentration Xs but based on the change of the measured measurement signal Is. Since the measurement signal Is is a signal corresponding to the actual oxygen concentration Xs, the bending point, the lowest point, the bending voltage Vb, the oxygen concentration decrease rate A, the oxygen concentration decrease amount Xd, and the oxygen concentration decrease amount Xd based on the change over time of the measurement signal Is. Information such as the oxygen concentration recovery time Tr can be acquired.
・上記実施の形態では、電気刺激制御部16は、個別電圧パターンが2つの場合、漸増速度が低速度EV1の個別電圧パターンを出力し、この出力終了後に漸増速度が高速度EV2の個別電圧パターンを出力する場合について例示した。しかしこれに限らず、筋肉の組成を得られるのであれば、高速度の個別電圧パターンを出力した後、低速度の個別電圧パターンを出力してもよい。また、個別電圧パターンが3つの場合、筋肉の組成を得られるのであれば、それらの出力順は、低速度、中速度、高速度の順以外の順でもよい。
In the above embodiment, when there are two individual voltage patterns, the electrical
・上記実施の形態では、出力電圧Vxの変更にて電気刺激の強度を調整する場合について例示したが、電気刺激の強度を調整することができるのであれば、この調整を電流又は電力の変更などによって調整してもよい。 In the above embodiment, the case where the intensity of the electrical stimulation is adjusted by changing the output voltage Vx is exemplified. However, if the intensity of the electrical stimulation can be adjusted, this adjustment is performed by changing the current or power. You may adjust by.
P1 :屈曲点
P2 :最低点
10 :コントローラ
11 :制御部
12 :操作兼表示部(報知部)
13 :電源部
14 :酸素濃度算出部
15 :判定部
16 :電気刺激制御部
20 :電極部
21 :第1の電極
22 :第2の電極
30 :光電センサ(測定部)
31 :発光部
32 :受光部
40 :サポータ
P1: bending point P2: lowest point 10: controller 11: control unit 12: operation and display unit (notification unit)
13: Power supply unit 14: Oxygen concentration calculation unit 15: Determination unit 16: Electrical stimulation control unit 20: Electrode unit 21: First electrode 22: Second electrode 30: Photoelectric sensor (measurement unit)
31: Light emitting unit 32: Light receiving unit 40: Supporter
Claims (6)
酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、
筋肉の組成に関する情報を出力する報知部と、
前記電極部に前記電気刺激を出力させることにより得られる前記測定信号が反映された前記情報を前記報知部に出力させる制御部と、を備える
電気刺激装置。 An electrode unit for applying electrical stimulation;
A measurement unit that outputs a measurement signal that varies according to the oxygen concentration;
A notification unit for outputting information on the composition of the muscle;
An electrical stimulation apparatus comprising: a control unit that outputs the information reflecting the measurement signal obtained by causing the electrode unit to output the electrical stimulation.
請求項1に記載の電気刺激装置。 The control unit includes a first intensity mode and a second intensity mode for gradually increasing the intensity of the electrical stimulation at different rates, and the information in which the measurement signal obtained in the first intensity mode is reflected, The electrical stimulation apparatus according to claim 1, wherein the information reflecting the measurement signal obtained in the second intensity mode is output to the notification unit.
請求項2に記載の電気刺激装置。 The electrical stimulation device according to claim 2, wherein the control unit calculates a feature amount related to the oxygen concentration based on the measurement signal, and causes the notification unit to output the information in which the calculated feature amount is reflected.
請求項3に記載の電気刺激装置。 The electrical stimulation device according to claim 3, wherein the characteristic amount is a decrease rate of the oxygen concentration when the electrical stimulation is output.
請求項3に記載の電気刺激装置。 The electrical stimulation apparatus according to claim 3, wherein the characteristic amount is a recovery time of the oxygen concentration after the output of the electrical stimulation is completed.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の電気刺激装置。 The electrical stimulation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the composition of the muscle is a ratio of fast muscle and slow muscle.
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-
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CN105999548A (en) * | 2016-07-04 | 2016-10-12 | 上海健康医学院 | Transcutaneous nerve location electrical stimulation pen |
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