JP2000000232A

JP2000000232A - 筋肉疲労判定装置

Info

Publication number: JP2000000232A
Application number: JP10166971A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakajima; 敦史中嶋; Masaru Inagaki; 大稲垣
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】健康な生体における筋肉疲労を正確に判定す
る。【解決手段】Ｓ２で電気刺激電極１２からパルス電圧を
運転者に加え、筋電計２２によってパルス電圧の印加に
伴って誘発される誘発筋電位を検出する。計算機２６
は、Ｓ４で誘発筋電位の振幅の平均値を演算し、初期値
としてメモリ２８に記憶する。周波数解析装置２４で
は、誘発筋電位のパワースペクトル分布を求め、計算機
２６はＳ５でパワースペクトル分布の中心周波数を演算
し、初期値としてメモリ２８に記憶する。所定時間毎に
演算される振幅の平均値が初期値より１０％以上低下
し、かつ所定時間毎に演算される中心周波数が初期値よ
り５Ｈｚ以上低下した場合に、筋肉疲労と判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筋肉疲労判定装置
に係り、特に、正確に筋肉疲労を判定することができる
筋肉疲労判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】特開平
５−３８３０７号公報には、乗員の運転操作時に発生す
る筋電位ピーク値の振幅が所定値以上減少すると、疲労
していると判断してシート内の空気マットの圧力を変化
させる技術が記載されている。この技術では、アクセル
操作の遅れ、肩や腰から検出した筋電図波形から得られ
る筋電位ピーク値の減少に基づいて運転者の疲労を検出
している。

【０００３】しかしながら、筋電図波形は筋肉を収縮さ
せて得られる生体信号であるので、筋電図波形を得るた
めには一定の運動を行なう必要がある。一方、車両運転
時では運転条件により運動量が変化するため一定の運動
を行なうのが困難であり、基準が明確でなく、正確な筋
疲労度を判定することが困難である、という問題があ
る。

【０００４】特開平２−１７７９６９号公報には、麻痺
患者に残存する機能動作を検出する電気刺激装置が記載
されている。この装置では、刺激に用いるパルスの出力
休止時間毎に、パルスにより刺激された部位の筋電波形
を同一電極またはその近傍に配置された別の電極を介し
て抽出している。

【０００５】この電気刺激装置は、麻痺患者を対象とし
ており、麻痺患者によって麻痺の度合いが異なることか
ら、その刺激度を可変とすることで回復を図るものであ
る。このため、健康な生体においてスポーツや長時間の
蓄積的作業（運転動作、事務等）による筋肉疲労を判定
することは困難である。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点を解消するた
めになされたもので、健康な生体における筋肉疲労を正
確に判定することができる筋肉疲労判定装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、生体の筋肉に電気刺激を与える
刺激付与手段と、前記生体の筋肉に与えられた電気刺激
に対する反応として筋電位を計測する計測手段と、運動
前の生体の筋肉に与えられた電気刺激に対する筋電位と
運動後の生体の筋肉に与えられた電気刺激に対する筋電
位とを比較して、筋肉疲労を判定する判定手段と、を含
んで構成したものである。

【０００８】本発明によれば、生体の筋肉に与えられた
電気刺激に対する反応としての筋電位を用いて筋肉疲労
を判定しているため、一定の運動を行なうことなく正確
に筋肉疲労を判定することができる。

【０００９】また、本発明は、請求項１の発明におい
て、刺激付与手段で所定時間毎に電気刺激パルスを与え
て計測手段で筋電位を計測し、演算手段で計測された筋
電位の振幅の平均値、及び計測された筋電位から得られ
るパワースペクトル分布の中心周波数を演算し、判定手
段で運動前の生体の筋肉に与えられた電気刺激パルスに
対する筋電位の振幅の平均値と、運動後の生体の筋肉に
与えられた電気刺激パルスに対する筋電位の振幅の平均
値とを比較すると共に、運動前の生体の筋肉に与えられ
た電気刺激パルスから得られるパワースペクトル分布の
中心周波数と、運動後の生体の筋肉に与えられた電気刺
激パルスに対する筋電位から得られるパワースペクトル
分布の中心周波数とを比較して、筋肉疲労を判定するこ
ともできる。

【００１０】この場合、筋電位の振幅の平均値、及び筋
電位から得られるパワースペクトル分布の中心周波数に
基づいて筋肉疲労を判定することにより、より正確に筋
肉疲労を判定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、自動車の
運転者の筋肉疲労判定装置に本発明を適用したものであ
る。

【００１２】図１に示すように、ウレタン板で形成され
た電極支持板１０には、一対の電極で構成された電気刺
激電極１２が埋設されると共に、電気刺激電極１２の下
方に一対の電極で構成された筋電電極１４が埋設されて
いる。

【００１３】図３に示すように、電気刺激電極１２及び
筋電電極１４は、生体である運転者の脊柱起立筋１８の
腰部の間隔と略等しい間隔隔てて配置されている。ま
た、電気刺激電極１２は、筋電電極１４より上方に位置
するように配置されている。

【００１４】電気刺激電極１２は、粘着性のパッドに導
電性の金属を埋め込んで構成されている。筋電電極１４
は、銀−塩化銀電極で構成され、生体の皮膚と接触する
面には、導電性ゲルが充填されている。

【００１５】電気刺激電極１２と筋電電極１４との間に
は、外部ノイズの混入を防止するために、金属製の薄膜
で形成されたアース電極（不関電極）１６が電極支持
板１０の一方の縁から他方の縁に向かって埋設されてい
る。

【００１６】筋電電極１４は、筋電位を計測する筋電計
２２に接続されている。筋電計２２は、ＦＦＴで構成さ
れ、かつ周波数解析により筋電計２２で検出された筋電
位のパワースペクトル分布を求める周波数分析装置２４
接続にされている。また、筋電計２２は、筋電計２２で
検出された筋電位が入力されるように計算機（パーソナ
ルコンピュータ）２６に接続されている。計算機２６に
は、以下で説明する制御ルーチンのプログラムやデータ
を記録するためのメモリ２８が接続されている。

【００１７】上記のように各種の電極が埋設された電極
支持板１０は、専用のジャケット３０内に組み込まれ
る。運転者の疲労を検出する場合には、運転者は、図２
に示すようにこのジャケット３０を装着して車両を運転
する。

【００１８】次に、運転者の疲労を検出して疲労を回復
するための制御ルーチンを図４に従って説明する。ステ
ップＳ１でイグニッションスイッチオンと判断される
と、ステップＳ２において電気刺激装置２０が制御され
て、電気刺激電極１２から電気刺激パルスとしてパルス
電圧が出力され、運転者に与えられる。このパルス電圧
は、図５（１）に示すように、パルス幅が０．２ｍｓｅ
ｃの８Ｖの電圧で、１ｓｅｃ毎に１０ｓｅｃ間出力され
る。このパルス電圧値は、微小電圧のため運転者には知
覚されないが、筋肉の収縮を促すことが可能な電圧値で
ある。

【００１９】筋電計２２は、パルス電圧の印加に伴って
誘発される誘発筋電位を検出し、周波数解析装置２４及
び計算機２６に入力する。計算機２６は、ステップＳ３
で誘発筋電位を取り込んでディジタル信号に変換し、ス
テップＳ４で誘発筋電位の振幅の平均値を演算する。こ
の振幅の平均値は初期値としてメモリ２８に記憶され
る。なお、図６に、１つのパルス電圧に対する誘発筋電
位の瞬時波形を示す。振幅の平均値は、１０パルス分の
平均値として演算される。

【００２０】一方、周波数解析装置２４では、周波数解
析によって誘発筋電位のパワースペクトル分布を求め、
計算機２６に入力する。計算機２６は、ステップＳ５で
パワースペクトル分布を取り込んでディジタル信号に変
換し、パワースペクトル分布の中心周波数を演算する。
この中心周波数は初期値としてメモリ２８に記憶され
る。

【００２１】本実施の形態では、イグニッションスイッ
チオンで誘発筋電位の振幅の平均値及び中心周波数の初
期値を求める例について説明したが、初期値を求める時
点は着座したとき等運転前であれは何時でもよい。

【００２２】ステップＳ７では、筋肉疲労が発生したか
否かを判断し、筋肉疲労が発生していないときは、ステ
ップＳ８において所定時間（例えば、１０分）経過した
か否かを判断し、所定時間経過したときにはステップＳ
９でイグニッションスイッチオフか否かを判断する等に
よりこのルーチンを終了するか否かを判断し、終了しな
い場合はステップＳ２に戻ってステップＳ２〜ステップ
Ｓ６において誘発筋電位の振幅の平均値及び中心周波数
を演算してメモリ２８に記憶する。この結果、所定時間
（例えば、１０分）毎（所定周期毎）に所定時間（例え
ば、１０ｓｅｃ）パルス電圧が印加されて誘発筋電位の
振幅の平均値及び中心周波数が演算される。

【００２３】筋肉疲労に伴って誘発筋電位の振幅は減少
し、また中心周波数も減少するので、ステップＳ７の筋
肉疲労が発生したか否かの判断は、所定時間毎に演算さ
れる振幅の平均値と振幅の平均値の初期値との比較結
果、及び所定時間毎に演算される中心周波数と中心周波
数の初期値との比較結果に基づいて判断される。具体的
には、所定時間毎に演算される振幅の平均値が初期値よ
り所定値（例えば、１０％）以上低下し、かつ所定時間
毎に演算される中心周波数が初期値より所定値（例え
ば、５Ｈｚ）以上低下した場合に、筋肉疲労と判断す
る。なお、これらの値１０％、５Ｈｚは実験により求め
たものである。

【００２４】図７に運転開始からの経過時間に対する筋
電位の振幅の平均値の変化率の例を示し、図８に運転開
始からの経過時間に対する中心周波数の変化の例を示
す。また、図９に運動前後（運転前後）の筋電位の変化
波形の例を比較して示す。運動後では、筋電位の振幅が
低下していることが理解できる。

【００２５】ステップＳ７で筋肉疲労が発生していると
判断されると、ステップＳ１０において装置のモードを
計測モードから回復モードに切り替え、ステップＳ１１
において電気刺激装置２０から８０〜１００Ｖのパルス
状刺激電圧を出力し、筋肉疲労を回復させる。

【００２６】上記では自動車の運転者の筋肉疲労判定装
置に本発明を適用した例について説明したが、本発明は
スポーツや長時間の蓄積的作業（運転動作、事務等）中
の筋肉疲労の判定に適用できるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気刺激を与えたときの筋電位から筋肉疲労を判断して
いるので、正確な筋肉疲労の判定が可能となる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の筋肉疲労判定装置のブロ
ック図である。

【図２】本発明の実施の形態の電極を備えたジャケット
を装着した状態を示す概略図である。

【図３】ジャケット内の電極と筋肉との配置関係を示す
概略図である。

【図４】本実施の形態の筋肉疲労を判定して疲労を回復
させる制御ルーチンを示す流れ図である。

【図５】（１）は生体に与えるパルス電圧の波形を示す
線図であり、（２）はパルス電圧に対する反応としての
誘発筋電位の波形を示す線図である。

【図６】１つのパルス電圧に対する誘発筋電位の実測波
形を示す線図である。

【図７】誘発筋電位の振幅の平均値の変化率の経過時間
に対する変化を示す線図である。

【図８】中心周波数の経過時間に対する変化を示す線図
である。

【図９】運動前後の誘発筋電位の波形を比較して示す線
図である。

【符号の説明】

１０電極支持板１２電気刺激電極１４筋電電極１６アース電極２０電気刺激装置２２筋電計２４周波数解析装置２６計算機２８メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C027 AA04 CC00 DD03 GG09 GG15 KK03 KK05 4C038 VA17 VA20 VB34 VC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の筋肉に電気刺激を与える刺激付与手
段と、前記生体の筋肉に与えられた電気刺激に対する反応とし
て筋電位を計測する計測手段と、運動前の生体の筋肉に与えられた電気刺激に対する筋電
位と運動後の生体の筋肉に与えられた電気刺激に対する
筋電位とを比較して、筋肉疲労を判定する判定手段と、を含む筋肉疲労判定装置。