JP2001276005A - 筋の活動度又は疲労度の評価装置 - Google Patents
筋の活動度又は疲労度の評価装置Info
- Publication number
- JP2001276005A JP2001276005A JP2000102692A JP2000102692A JP2001276005A JP 2001276005 A JP2001276005 A JP 2001276005A JP 2000102692 A JP2000102692 A JP 2000102692A JP 2000102692 A JP2000102692 A JP 2000102692A JP 2001276005 A JP2001276005 A JP 2001276005A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- muscle
- wave
- activity
- measuring
- muscles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】代謝系の活動を反映した筋の活動度の評価
【解決手段】電気刺激として、コンピュータ（図示せ
ず）からの制御により、刺激装置１１０からの電気刺激
信号をアイソレータ１２０を介して、表面電極１２２か
ら印加する。酸素消費は、近赤外光を利用した装置１３
０等により、センサ１３２からの信号から測定する。電
極１６２、１６４，１６６および筋電図用差動増幅器１
６０により、誘発筋電図（Ｍ波）を測定する。電気刺激
による活動は、トルクセンサ１４０からの信号をデータ
レコーダ１５０で記録している。各測定結果は、コンピ
ュータ（図示せず）にも入力されている。これらの測定
系からの測定結果を評価して、筋の活動度評価を得るこ
とができる。
ず）からの制御により、刺激装置１１０からの電気刺激
信号をアイソレータ１２０を介して、表面電極１２２か
ら印加する。酸素消費は、近赤外光を利用した装置１３
０等により、センサ１３２からの信号から測定する。電
極１６２、１６４，１６６および筋電図用差動増幅器１
６０により、誘発筋電図（Ｍ波）を測定する。電気刺激
による活動は、トルクセンサ１４０からの信号をデータ
レコーダ１５０で記録している。各測定結果は、コンピ
ュータ（図示せず）にも入力されている。これらの測定
系からの測定結果を評価して、筋の活動度評価を得るこ
とができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機能的電気刺激
（ＦＥＳ）による麻痺肢の運動機能再建を行う際におけ
る、筋の活動度及び疲労度の客観的な評価に関するもの
である。
（ＦＥＳ）による麻痺肢の運動機能再建を行う際におけ
る、筋の活動度及び疲労度の客観的な評価に関するもの
である。
【０００２】
【発明の技術的背景】機能的電気刺激（ＦＥＳ）は、脳
卒中や脊髄損傷等による上位運動神経の損傷に伴う運動
機能麻痺に対して、臨床的有効性が世界的に認識されて
いる。機能的電気刺激（ＦＥＳ）による麻痺肢の運動機
能再建は、国内外で臨床適用が行われている。国内で行
われている運動機能再建の場合には、健常者の動作筋電
図をもとに作成した刺激データを用いた開ループ制御に
よる機能的電気刺激（ＦＥＳ）が行われている。これに
より、四肢麻痺者の肘関節、手関節、手指の制御、片麻
痺者の肩関節を含む上肢全体の制御、対麻痺者の起立、
歩行の制御などが可能になっている。従来、機能的電気
刺激（ＦＥＳ）による麻痺肢の動作再建を行う際には、
使用者である患者自身、あるいは医療スタッフや介護者
が再建動作を視覚により確認し、筋の活動度や疲労度を
評価していた。また、医療スタッフや介護者は、電気刺
激により四肢が発生する力や、補助の際に受ける力を自
身の感覚で判断し、筋の活動度や疲労度を評価すること
も行っていた。しかしながら、筋の活動度や疲労度の評
価は、患者自身、あるいは医療スタッフや介護者の主観
に依存しており、客観的に評価する有効な方法がなかっ
た。
卒中や脊髄損傷等による上位運動神経の損傷に伴う運動
機能麻痺に対して、臨床的有効性が世界的に認識されて
いる。機能的電気刺激（ＦＥＳ）による麻痺肢の運動機
能再建は、国内外で臨床適用が行われている。国内で行
われている運動機能再建の場合には、健常者の動作筋電
図をもとに作成した刺激データを用いた開ループ制御に
よる機能的電気刺激（ＦＥＳ）が行われている。これに
より、四肢麻痺者の肘関節、手関節、手指の制御、片麻
痺者の肩関節を含む上肢全体の制御、対麻痺者の起立、
歩行の制御などが可能になっている。従来、機能的電気
刺激（ＦＥＳ）による麻痺肢の動作再建を行う際には、
使用者である患者自身、あるいは医療スタッフや介護者
が再建動作を視覚により確認し、筋の活動度や疲労度を
評価していた。また、医療スタッフや介護者は、電気刺
激により四肢が発生する力や、補助の際に受ける力を自
身の感覚で判断し、筋の活動度や疲労度を評価すること
も行っていた。しかしながら、筋の活動度や疲労度の評
価は、患者自身、あるいは医療スタッフや介護者の主観
に依存しており、客観的に評価する有効な方法がなかっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
刺敵中の筋内の酸素化ヘモグロビン量、脱酸素化ヘモグ
ロビン量、誘発筋電図（Ｍ波）を計測し、筋の活動度及
び筋の疲労度を客観的に評価するものである。
刺敵中の筋内の酸素化ヘモグロビン量、脱酸素化ヘモグ
ロビン量、誘発筋電図（Ｍ波）を計測し、筋の活動度及
び筋の疲労度を客観的に評価するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、末梢の神経・筋への電気刺激中に、筋の
活動度を評価する筋の活動度評価装置において、末梢の
神経・筋へ電気刺激する電気刺激手段と、筋組織中の酸
素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測す
る酸素計測手段と、被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ波）を計
測するＭ波測定手段と、前記電気刺激手段および前記測
定手段と接続された、制御・評価手段とを備え、末梢の
神経・筋への電気刺激中に、筋組織中の酸素化ヘモグロ
ビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測して、酸素消費
速度を推定するとともに、被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ
波）を計測して、誘発筋電図（Ｍ波）の振幅値を求める
ことにより、前記振幅値と推定した前記酸素消費速度と
から筋の活動度を評価することを特徴とする。末梢の神
経・筋への電気刺激中に、筋の疲労度を評価する筋の疲
労度評価装置において、末梢の神経・筋へ電気刺激する
電気刺激手段と、被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ波）を計測
するＭ波測定手段と、前記電気刺激手段および前記測定
手段と接続された、制御・評価手段とを備え、末梢の神
経・筋に対して電気刺激する刺激パルス列に追加のパル
スを挿入して、刺激パルス列の一部をダブルパルスと
し、前記ダブルパルスの第２パルスにより誘発された筋
電図（Ｍ波）の振幅を計測し、前記振幅から筋疲労を評
価することを特徴とする。
に、本発明は、末梢の神経・筋への電気刺激中に、筋の
活動度を評価する筋の活動度評価装置において、末梢の
神経・筋へ電気刺激する電気刺激手段と、筋組織中の酸
素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測す
る酸素計測手段と、被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ波）を計
測するＭ波測定手段と、前記電気刺激手段および前記測
定手段と接続された、制御・評価手段とを備え、末梢の
神経・筋への電気刺激中に、筋組織中の酸素化ヘモグロ
ビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測して、酸素消費
速度を推定するとともに、被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ
波）を計測して、誘発筋電図（Ｍ波）の振幅値を求める
ことにより、前記振幅値と推定した前記酸素消費速度と
から筋の活動度を評価することを特徴とする。末梢の神
経・筋への電気刺激中に、筋の疲労度を評価する筋の疲
労度評価装置において、末梢の神経・筋へ電気刺激する
電気刺激手段と、被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ波）を計測
するＭ波測定手段と、前記電気刺激手段および前記測定
手段と接続された、制御・評価手段とを備え、末梢の神
経・筋に対して電気刺激する刺激パルス列に追加のパル
スを挿入して、刺激パルス列の一部をダブルパルスと
し、前記ダブルパルスの第２パルスにより誘発された筋
電図（Ｍ波）の振幅を計測し、前記振幅から筋疲労を評
価することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
して詳細に説明する。酸素化ヘモグロビン量、脱酸素化
ヘモグロビン量から酸素消費速度（ｖｃｏｎ）を求める
方法についてまず、以下に概要を述べる。図１は、近赤
外光を利用した装置などの計測範囲内における酸素化ヘ
モグロビンの動態を模式的に示した図である。図１に示
すように、表面の皮膚１０とその内部の筋組織２０との
中間に、計測範囲３０が存在する。この計測範囲３０に
おいて、時刻ｔでの計測範囲内の酸素化ヘモグロビン量
をＯｘｙ（ｔ）とし、計測範囲３０への酸素化ヘモグロ
ビン流入速度をｖｏｉ（ｔ）、計測範囲３０からの酸素
化ヘモグロビン流出速度をｖｏｏ（ｔ）とすると、酸素
化ヘモグロビン消費速度ｖｏｃ（ｔ）は次式で表され
る。
して詳細に説明する。酸素化ヘモグロビン量、脱酸素化
ヘモグロビン量から酸素消費速度（ｖｃｏｎ）を求める
方法についてまず、以下に概要を述べる。図１は、近赤
外光を利用した装置などの計測範囲内における酸素化ヘ
モグロビンの動態を模式的に示した図である。図１に示
すように、表面の皮膚１０とその内部の筋組織２０との
中間に、計測範囲３０が存在する。この計測範囲３０に
おいて、時刻ｔでの計測範囲内の酸素化ヘモグロビン量
をＯｘｙ（ｔ）とし、計測範囲３０への酸素化ヘモグロ
ビン流入速度をｖｏｉ（ｔ）、計測範囲３０からの酸素
化ヘモグロビン流出速度をｖｏｏ（ｔ）とすると、酸素
化ヘモグロビン消費速度ｖｏｃ（ｔ）は次式で表され
る。
【数１】 （ｄ／ｄｔ）Ｏｘｙ（ｔ）は単位時間あたりの酸素化ヘ
モグロビン量の変化量であり、計測する酸素化ヘモグロ
ビン量の時間変化により近似する。また、ｖｏｉ
（ｔ），ｖｏｏ（ｔ）を次式により推定する。
モグロビン量の変化量であり、計測する酸素化ヘモグロ
ビン量の時間変化により近似する。また、ｖｏｉ
（ｔ），ｖｏｏ（ｔ）を次式により推定する。
【数２】 ＦｌｏｗＩＮ（ｔ），ＦｌｏｗＯＵＴ（ｔ）は、時刻ｔ
での流入、流出する総ヘモグロビン流速であり、ＳｄＯ
2ＩＮ（ｔ），ＳｄＯ2ＯＵＴ（ｔ）は計測範囲での流
入、流出するヘモグロビンの酸素化率である。
での流入、流出する総ヘモグロビン流速であり、ＳｄＯ
2ＩＮ（ｔ），ＳｄＯ2ＯＵＴ（ｔ）は計測範囲での流
入、流出するヘモグロビンの酸素化率である。
【０００６】一般に、時刻ｔでの酸素化率ＳｄＯ
2（ｔ）は、次式で求められる。
2（ｔ）は、次式で求められる。
【数３】 ｄＯｘｙ（ｔ）は脱酸素化ヘモグロビン量である。Ｓｄ
Ｏ2ＯＵＴ（ｔ）は、各時刻での計測範囲内の酸素化率
ＳｄＯ2（ｔ）に等しいとする。また、ＳｄＯ2ＩＮ
（ｔ）は、次式で表される。
Ｏ2ＯＵＴ（ｔ）は、各時刻での計測範囲内の酸素化率
ＳｄＯ2（ｔ）に等しいとする。また、ＳｄＯ2ＩＮ
（ｔ）は、次式で表される。
【数４】 ＴSは、安静時の酸素化率が筋収縮により変化してから
一定値になるまでの刺激開始からの経過時間であり、△
ＳｄＯ2は刺激開始から時間ＴsまでのＳｄＯ2の変化分
である。ＦｌｏｗＩＮ（ｔ），ＦｌｏｗＯＵＴ（ｔ）
は、総ヘモグロビン量（Ｔｔｌ）の時間変化から次式に
より求める。
一定値になるまでの刺激開始からの経過時間であり、△
ＳｄＯ2は刺激開始から時間ＴsまでのＳｄＯ2の変化分
である。ＦｌｏｗＩＮ（ｔ），ＦｌｏｗＯＵＴ（ｔ）
は、総ヘモグロビン量（Ｔｔｌ）の時間変化から次式に
より求める。
【数５】 Ｂは、計測範囲での総へモグロビン量の変化が無い場合
の総ヘモグロビン流速を表す。
の総ヘモグロビン流速を表す。
【０００７】Ｂの値は、一定時間刺激を加えた後、刺激
を止めた場合の酸素化ヘモグロビンの変化量から決定さ
れる。つまり、刺激終了後は筋の活動がなくｖｏｃ
（ｔ）＝０となり、計測範囲内の酸素化ヘモグロビン量
の時間変化は流入、流出する酸素化ヘモグロビン量によ
ってのみ影響を受けるとすると、（１）式から次式が得
られる。
を止めた場合の酸素化ヘモグロビンの変化量から決定さ
れる。つまり、刺激終了後は筋の活動がなくｖｏｃ
（ｔ）＝０となり、計測範囲内の酸素化ヘモグロビン量
の時間変化は流入、流出する酸素化ヘモグロビン量によ
ってのみ影響を受けるとすると、（１）式から次式が得
られる。
【数６】 上式に（２）〜（６）式を代入して、（ｄ／ｄｔ）Ｏｘ
ｙ（ｔ）を求める。そして、近赤外光を利用した装置な
どにより測定したＯｘｙ（ｔ）の値から（ｄ／ｄｔ）Ｏ
ｘｙ（ｔ）を求め、それらの差が最小になるように
（５），（６）式のＢの値を決定する。
ｙ（ｔ）を求める。そして、近赤外光を利用した装置な
どにより測定したＯｘｙ（ｔ）の値から（ｄ／ｄｔ）Ｏ
ｘｙ（ｔ）を求め、それらの差が最小になるように
（５），（６）式のＢの値を決定する。
【０００８】以上により酸素化ヘモグロビン消費速度ｖ
ｏｃ（ｔ）は次式となる。
ｏｃ（ｔ）は次式となる。
【数７】 ここで，一般的な環境下で、ヘモグロビン１ｇは１．３
４ｍｌの酸素を結合することを考慮すると、次式により
酸素消費速度ｖｃｏｎ（ｔ）が算出される。
４ｍｌの酸素を結合することを考慮すると、次式により
酸素消費速度ｖｃｏｎ（ｔ）が算出される。
【数８】
【０００９】＜筋の活動度評価＞筋の活動度を表す指標
（ＭＡＩ）を求める方法を、以下に簡単に述べる。定量
的な評価を行うためには、一定刺激強度の電気刺激を与
え、上記（１）で述べた酸素消費速度、被刺激筋の誘発
筋電図（Ｍ波）の振幅値を計測する。まず、Ｍ波の振幅
値から、次式により指標ＭＩ1を求める。
（ＭＡＩ）を求める方法を、以下に簡単に述べる。定量
的な評価を行うためには、一定刺激強度の電気刺激を与
え、上記（１）で述べた酸素消費速度、被刺激筋の誘発
筋電図（Ｍ波）の振幅値を計測する。まず、Ｍ波の振幅
値から、次式により指標ＭＩ1を求める。
【数９】 Ｖpp（ｔ）は各時刻でのＭ波の振幅のピークピーク値、
ＶppMAXはＭ波のピークピーク値の最大値、ａ1，ａ2は
定数である。上記で求めた酸素消費速度から、次式によ
り指標ＭＩ2を求める。
ＶppMAXはＭ波のピークピーク値の最大値、ａ1，ａ2は
定数である。上記で求めた酸素消費速度から、次式によ
り指標ＭＩ2を求める。
【数１０】 ｖｃｏｎ（ｔ）は各時刻での酸素消費速度、ｖｃｏｎ
MAXは酸素消費速度の最大値、ｂ1，ｂ2は定数である。
MAXは酸素消費速度の最大値、ｂ1，ｂ2は定数である。
【００１０】上記の指標ＭＩ1，ＭＩ2を用いて、筋の活
動度を表す指標ＭＡＩを次式により求める。
動度を表す指標ＭＡＩを次式により求める。
【数１１】 α（ｔ）はＭＩ1のＭＡＩへの寄与率、β（ｔ）はＭＩ2
のＭＡＩへの寄与率を表す。上式で表されるα（ｔ）と
β（ｔ）とを図示したのが図２である。最大の刺激強度
を一定に与え続けるとき、ＭＡＩ＝１は筋の活動度が最
大であることを示し、ＭＡＩ＝０は筋の活動がないこと
を示す。また、ＭＡＩが低下することは筋の疲労度が増
加することを示すので、一定刺激中のＭＡＩの時間変化
を求めることによって、筋の疲労度を評価することも可
能になる。
のＭＡＩへの寄与率を表す。上式で表されるα（ｔ）と
β（ｔ）とを図示したのが図２である。最大の刺激強度
を一定に与え続けるとき、ＭＡＩ＝１は筋の活動度が最
大であることを示し、ＭＡＩ＝０は筋の活動がないこと
を示す。また、ＭＡＩが低下することは筋の疲労度が増
加することを示すので、一定刺激中のＭＡＩの時間変化
を求めることによって、筋の疲労度を評価することも可
能になる。
【００１１】＜筋疲労の評価＞機能的電気刺激（ＦＥ
Ｓ）または治療的電気刺激（ＴＥＳ）において、刺激パ
ルス列に追加のパルスを挿入し、刺激パルス列の一部を
ダブルパルスとする。そのダブルパルスの第２パルスに
より誘発された筋電図（Ｍ波）の振幅を計測し、その時
間変化の様子から筋疲労を評価する方法を以下に簡単に
述べる。追加パルスを含む刺激パルス列の一例を図３に
示す。追加パルスは、図３（ｂ）に示されるダブルパル
スのパルス間間隔（ＩＰＩ）が、２〜１５ｍｓ程度の範
囲になるように挿入される。一連の刺激パルス列には、
３〜４種類のパルス間間隔（ＩＰＩ）を用いている。ダ
ブルパルスの第２パルスによるＭ波は、ダブルバルスに
よるＭ波から、ダブルパルスの直前の刺激パルスによる
Ｍ波を減算することにより求める。
Ｓ）または治療的電気刺激（ＴＥＳ）において、刺激パ
ルス列に追加のパルスを挿入し、刺激パルス列の一部を
ダブルパルスとする。そのダブルパルスの第２パルスに
より誘発された筋電図（Ｍ波）の振幅を計測し、その時
間変化の様子から筋疲労を評価する方法を以下に簡単に
述べる。追加パルスを含む刺激パルス列の一例を図３に
示す。追加パルスは、図３（ｂ）に示されるダブルパル
スのパルス間間隔（ＩＰＩ）が、２〜１５ｍｓ程度の範
囲になるように挿入される。一連の刺激パルス列には、
３〜４種類のパルス間間隔（ＩＰＩ）を用いている。ダ
ブルパルスの第２パルスによるＭ波は、ダブルバルスに
よるＭ波から、ダブルパルスの直前の刺激パルスによる
Ｍ波を減算することにより求める。
【００１２】ｎ種類のパルス間間隔（ＩＰＩ）を含む刺
激パルス列により得られたダブルパルスの第２パルスに
よるＭ波のピークピーク値（５2nd）を用いて、次式に
より筋疲労に関する指標ＦＩ2nd（ｔ）を求める。
激パルス列により得られたダブルパルスの第２パルスに
よるＭ波のピークピーク値（５2nd）を用いて、次式に
より筋疲労に関する指標ＦＩ2nd（ｔ）を求める。
【数１２】
【外１】 間間隔（ＩＰＩ）でのＶ2ndを、その最大値で規格化し
たものである。ある時刻でのダブルパルスは１つである
ので、その時刻付近での他のＩＰＩのダブルパルスによ
るＶ2ndを同一時刻のものとして計算する。ＦＩ2nd＝０
の場合は、筋疲労が生じていない状態で、ＦＩ2nd＝１
の場合は筋疲労が最大に生じていることを示す。
たものである。ある時刻でのダブルパルスは１つである
ので、その時刻付近での他のＩＰＩのダブルパルスによ
るＶ2ndを同一時刻のものとして計算する。ＦＩ2nd＝０
の場合は、筋疲労が生じていない状態で、ＦＩ2nd＝１
の場合は筋疲労が最大に生じていることを示す。
【００１３】＜本発明の特徴＞ （１）電気刺激中の筋の活動度は、等尺性条件下で計測
した筋張力または筋が発生する関節トルクをもとに評価
されていた。これに対し、本発明では、酸素化ヘモグロ
ビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測し、酸素消費速
度を求めることによって、代謝系の活動を反映した筋の
活動度を評価している。 （２）等尺性条件下での筋張力、関節トルクを利用する
場合には、計測のための姿勢などの制限を受ける。しか
し、評価指標ＭＡＩを用いる場合には、姿勢の制限を受
けず、筋の活動度、疲労度を容易に、かつ客観的に評価
することが可能になる。 （３）誘発筋電図（Ｍ波）と酸素消費速度を組み合わせ
ることによって、電気刺激を長時間継続した場合でも、
精度良く筋の活動度を評価することが可能になる。 （４）ダブルパルスの第２パルスによるＭ波の振幅値変
化に着目することによって、筋疲労を早期に検出するこ
とが可能になる。 （５）上記（１）〜（４）の作用から、筋の活動度ある
いは筋の疲労度を考慮しながら、ＦＥＳによる動作再
建、ＴＥＳによる訓練を行うことが可能になる。 （６）筋の疲労度を客観的に評価できれば、ＦＥＳによ
る動作再建時の患者に加わる危険（例えば、下肢の運動
機能再建の場合の転倒など）を回避することが容易にな
り、ＦＥＳの臨床的普及を促進することができ、麻痺者
の日常生活での自立や社会参加の一助となる。
した筋張力または筋が発生する関節トルクをもとに評価
されていた。これに対し、本発明では、酸素化ヘモグロ
ビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測し、酸素消費速
度を求めることによって、代謝系の活動を反映した筋の
活動度を評価している。 （２）等尺性条件下での筋張力、関節トルクを利用する
場合には、計測のための姿勢などの制限を受ける。しか
し、評価指標ＭＡＩを用いる場合には、姿勢の制限を受
けず、筋の活動度、疲労度を容易に、かつ客観的に評価
することが可能になる。 （３）誘発筋電図（Ｍ波）と酸素消費速度を組み合わせ
ることによって、電気刺激を長時間継続した場合でも、
精度良く筋の活動度を評価することが可能になる。 （４）ダブルパルスの第２パルスによるＭ波の振幅値変
化に着目することによって、筋疲労を早期に検出するこ
とが可能になる。 （５）上記（１）〜（４）の作用から、筋の活動度ある
いは筋の疲労度を考慮しながら、ＦＥＳによる動作再
建、ＴＥＳによる訓練を行うことが可能になる。 （６）筋の疲労度を客観的に評価できれば、ＦＥＳによ
る動作再建時の患者に加わる危険（例えば、下肢の運動
機能再建の場合の転倒など）を回避することが容易にな
り、ＦＥＳの臨床的普及を促進することができ、麻痺者
の日常生活での自立や社会参加の一助となる。
【００１４】
【実施例】（１）酸素消費速度ｖｃｏｎ 健常男性１名を対象に、電気刺激中の等尺性条件下での
筋の発生トルクを計測し、同時に、近赤外光を利用した
装置（酸素モニタ）により酸素化ヘモグロビン量及び脱
酸素化ヘモグロビン量を計測して酸素消費速度を求め
た。図４に測定系の概要を、図５に測定結果の一例を示
す。図４において、電気刺激として、コンピュータ（図
示せず）からの制御により、刺激装置１１０からの電気
刺激信号をアイソレータ１２０を介して、表面電極１２
２から印加する。酸素消費は、近赤外光を利用した装置
１３０等により、センサ１３２からの信号から測定す
る。電気刺激による活動は、トルクセンサ１４０からの
信号をデータレコーダ１５０で記録している。各測定結
果は、コンピュータ（図示せず）にも入力されている。
印加される電気刺激信号は、図５（ａ）に示した刺激振
幅（パルス幅０．３ｍｓ、周波数２０Ｈｚ）で、被験者
１００の右外側広筋を電気刺激している。刺激強度は最
大とした。図５（ｃ）に示されているように、得られた
酸素消費速度ｖｃｏｎは、図５（ｂ）に示されるトルク
の変化と同様な変化を示している。酸素消費速度ｖｃｏ
ｎの最大値は約９０［μｌ／１００ｇ／ｓ］であった。
最大随意活動時の酸素消費速度の生理学的標準値は約６
６〜９９［μｌ／１００ｇ／ｓ］であり、本法により得
られた結果は妥当な値を示している。
筋の発生トルクを計測し、同時に、近赤外光を利用した
装置（酸素モニタ）により酸素化ヘモグロビン量及び脱
酸素化ヘモグロビン量を計測して酸素消費速度を求め
た。図４に測定系の概要を、図５に測定結果の一例を示
す。図４において、電気刺激として、コンピュータ（図
示せず）からの制御により、刺激装置１１０からの電気
刺激信号をアイソレータ１２０を介して、表面電極１２
２から印加する。酸素消費は、近赤外光を利用した装置
１３０等により、センサ１３２からの信号から測定す
る。電気刺激による活動は、トルクセンサ１４０からの
信号をデータレコーダ１５０で記録している。各測定結
果は、コンピュータ（図示せず）にも入力されている。
印加される電気刺激信号は、図５（ａ）に示した刺激振
幅（パルス幅０．３ｍｓ、周波数２０Ｈｚ）で、被験者
１００の右外側広筋を電気刺激している。刺激強度は最
大とした。図５（ｃ）に示されているように、得られた
酸素消費速度ｖｃｏｎは、図５（ｂ）に示されるトルク
の変化と同様な変化を示している。酸素消費速度ｖｃｏ
ｎの最大値は約９０［μｌ／１００ｇ／ｓ］であった。
最大随意活動時の酸素消費速度の生理学的標準値は約６
６〜９９［μｌ／１００ｇ／ｓ］であり、本法により得
られた結果は妥当な値を示している。
【００１５】（２）筋の活動度ＭＡＩ 健常男性３名を対象に、電気刺激中の酸素化ヘモグロビ
ン、脱酸素化ヘモグロビン、誘発筋電図（Ｍ波）、筋の
発生トルクを等尺性条件下で計測し、筋の活動度を表す
指標ＭＡＩを求め、等尺性筋トルクと比較した。図６に
測定系の概要を、図７に測定結果から求めた筋の活動度
ＭＡＩを最大トルクで規格化したトルクとともに示す。
図６に示した測定系は、図４の測定系に誘発筋電図（Ｍ
波）の測定用のために、電極１６２，１６４，１６６お
よび筋電図用差動増幅器１６０を追加した構成である。
印加する電気刺激は定電流刺激とし、１０秒間で最大刺
激振幅まで増加させ、その後、その値を保持している。
刺激信号のパルス幅は０．３ｍｓで、刺激周波数は２０
Ｈｚである。図７に示すように、長時間にわたり、ＭＡ
Ｉが等尺性トルクを近似できていることがわかる。この
図７に示されるような結果から、等尺性トルクを計測し
なくても、ＭＡＩを用いることによって筋の活動度を評
価できることがわかる。ここで、指標ＭＩ１，ＭＩ２，
及びＭＡＩについて、規格化トルクとのＲＭＳ差を次式
により求めた。
ン、脱酸素化ヘモグロビン、誘発筋電図（Ｍ波）、筋の
発生トルクを等尺性条件下で計測し、筋の活動度を表す
指標ＭＡＩを求め、等尺性筋トルクと比較した。図６に
測定系の概要を、図７に測定結果から求めた筋の活動度
ＭＡＩを最大トルクで規格化したトルクとともに示す。
図６に示した測定系は、図４の測定系に誘発筋電図（Ｍ
波）の測定用のために、電極１６２，１６４，１６６お
よび筋電図用差動増幅器１６０を追加した構成である。
印加する電気刺激は定電流刺激とし、１０秒間で最大刺
激振幅まで増加させ、その後、その値を保持している。
刺激信号のパルス幅は０．３ｍｓで、刺激周波数は２０
Ｈｚである。図７に示すように、長時間にわたり、ＭＡ
Ｉが等尺性トルクを近似できていることがわかる。この
図７に示されるような結果から、等尺性トルクを計測し
なくても、ＭＡＩを用いることによって筋の活動度を評
価できることがわかる。ここで、指標ＭＩ１，ＭＩ２，
及びＭＡＩについて、規格化トルクとのＲＭＳ差を次式
により求めた。
【数１３】
【外２】 の表１に示す。表内の数値は、各被験者ごとの４回の実
験結果の平均値及び標準偏差を示す。これより、ＭＩ１
のみを用いた場合でも比較的良い評価を行える可能性が
あることが確認されるが、ＭＩｌとＭＩ２を組み合わせ
たＭＡＩを用いることによって、さらに精度良く評価を
行うことが可能になることを確認できる。
験結果の平均値及び標準偏差を示す。これより、ＭＩ１
のみを用いた場合でも比較的良い評価を行える可能性が
あることが確認されるが、ＭＩｌとＭＩ２を組み合わせ
たＭＡＩを用いることによって、さらに精度良く評価を
行うことが可能になることを確認できる。
【表１】
【００１６】（３）筋の疲労度ＦＩ2nd 健常男性４名で、表面電極による右外側広筋への定電流
刺激により発生した筋張力及び誘発筋電図（Ｍ波）を等
尺性条件下で計測した。実験系の概略を図８に示す。図
８の測定系は、図７に示した測定系から、酸素消費のた
めの酸素モニタ１３０等を取り除いたものである。印加
する電気刺激は、図３に示したように、周波数２０Ｈ
ｚ，パルス幅０．３ｍｓの刺激パルス列に一定の周期
（Ｔｄ＝０．５ｓ）で追加パルスを挿入し、刺激パルス
列の一部をダブルパルスとした。刺激パルス列に含めた
ダブルパルスのパルス間間隔（ＩＰＩ）は、３ｍｓ，５
ｍｓ，１０ｍｓの３種類、またはそれらに２ｍｓを加え
た４種類のいずれかの組を用いた。刺激振幅は張力が最
大になる値、または被験者が耐え得る最大値までランプ
状に増加させ、その後その値を保持した。３種類のＩＰ
Ｉ（３ｍｓ，５ｍｓ，１０ｍｓ）により得られたダブル
パルスの第２パルスによるＭ波の振幅のＶ2ndを用い
て、筋の疲労度を表す指標ＦＩ2nd（ｔ）を求めた。こ
の結果の一例を図９に示す。また、図９には、過去の報
告をもとに次式で求めた各時刻での疲労指数（ＦＩ）も
示した。
刺激により発生した筋張力及び誘発筋電図（Ｍ波）を等
尺性条件下で計測した。実験系の概略を図８に示す。図
８の測定系は、図７に示した測定系から、酸素消費のた
めの酸素モニタ１３０等を取り除いたものである。印加
する電気刺激は、図３に示したように、周波数２０Ｈ
ｚ，パルス幅０．３ｍｓの刺激パルス列に一定の周期
（Ｔｄ＝０．５ｓ）で追加パルスを挿入し、刺激パルス
列の一部をダブルパルスとした。刺激パルス列に含めた
ダブルパルスのパルス間間隔（ＩＰＩ）は、３ｍｓ，５
ｍｓ，１０ｍｓの３種類、またはそれらに２ｍｓを加え
た４種類のいずれかの組を用いた。刺激振幅は張力が最
大になる値、または被験者が耐え得る最大値までランプ
状に増加させ、その後その値を保持した。３種類のＩＰ
Ｉ（３ｍｓ，５ｍｓ，１０ｍｓ）により得られたダブル
パルスの第２パルスによるＭ波の振幅のＶ2ndを用い
て、筋の疲労度を表す指標ＦＩ2nd（ｔ）を求めた。こ
の結果の一例を図９に示す。また、図９には、過去の報
告をもとに次式で求めた各時刻での疲労指数（ＦＩ）も
示した。
【数１４】 τmaxは最大筋トルクで、τm（ｔ）は時刻ｔでの測定筋
トルクである。
トルクである。
【００１７】全ての測定結果で、刺激開始直後からＦＩ
2ndが徐々に増加した。筋トルクの減少の様子は７０〜
８０ｓを境に異なって観測され、その時刻の前では筋ト
ルクが大きく減少した。４名の被験者で、ＦＩ2nd＝
０．８になる時刻は３９．９〜５ｌ．７ｓ（４４．２±
４．８４ｓ）で、そのときのＦＩは０．０４９〜０．２
６１（０．１４４±０．０８）であった。このように、
ＦＩが小さい時（筋トルクが大きく減少する前）からＦ
Ｉ2ndは大きな値を示した。このことから、ＦＩでは検
出できない早期の疲労を推定することが可能になる。ま
た、ＦＩでは検出が遅れがちな筋トルクの急激な低下に
関連した情報を得ることも可能になる。
2ndが徐々に増加した。筋トルクの減少の様子は７０〜
８０ｓを境に異なって観測され、その時刻の前では筋ト
ルクが大きく減少した。４名の被験者で、ＦＩ2nd＝
０．８になる時刻は３９．９〜５ｌ．７ｓ（４４．２±
４．８４ｓ）で、そのときのＦＩは０．０４９〜０．２
６１（０．１４４±０．０８）であった。このように、
ＦＩが小さい時（筋トルクが大きく減少する前）からＦ
Ｉ2ndは大きな値を示した。このことから、ＦＩでは検
出できない早期の疲労を推定することが可能になる。ま
た、ＦＩでは検出が遅れがちな筋トルクの急激な低下に
関連した情報を得ることも可能になる。
【００１８】
【発明の効果】一定刺激強度の電気刺激中に、筋の活動
度の低下を調べることによって、筋の疲労度を評価する
ことが可能になる。麻痺患者に限らず、その他の患者の
リハビリテーション訓練や、健常者を含むスポーツの訓
練などの休憩時間に、筋の疲労度を評価することへの利
用可能性がある。
度の低下を調べることによって、筋の疲労度を評価する
ことが可能になる。麻痺患者に限らず、その他の患者の
リハビリテーション訓練や、健常者を含むスポーツの訓
練などの休憩時間に、筋の疲労度を評価することへの利
用可能性がある。
【図１】酸素化ヘモグロビンの動態の模式図である。
【図２】筋活動指数ＭＡＩに対するＭＩ1とＭＩ2の寄与
率α（ｔ）およびβ（ｔ）を示す図である。
率α（ｔ）およびβ（ｔ）を示す図である。
【図３】刺激パルス列の例を示す図である。
【図４】酸素消費速度の計測のための実験系を示す図で
ある。
ある。
【図５】酸素消費速度の経時変化を示す図である。
【図６】筋内局所酸素代謝と誘発筋電図の同時計測の実
験系を示す図である。
験系を示す図である。
【図７】筋の発生トルクとＭＡＩの経時変化を示す図で
ある。
ある。
【図８】誘発筋電図の計測のための実験系を示す図であ
る。
る。
【図９】Ｍ波を用いた筋の疲労度と従来の評価の経時変
化を示す図である。
化を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 末梢の神経・筋への電気刺激中に、筋の
活動度を評価する筋の活動度評価装置において、 末梢の神経・筋へ電気刺激する電気刺激手段と、 筋組織中の酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビ
ン量を計測する酸素計測手段と、 被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ波）を計測するＭ波測定手段
と、 前記電気刺激手段および前記測定手段と接続された、制
御・評価手段とを備え、 末梢の神経・筋への電気刺激中に、筋組織中の酸素化ヘ
モグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量を計測して、酸
素消費速度を推定するとともに、被刺激筋の誘発筋電図
（Ｍ波）を計測して、誘発筋電図（Ｍ波）の振幅値を求
めることにより、前記振幅値と推定した前記酸素消費速
度とから筋の活動度を評価することを特徴とする筋の活
動度評価装置。 - 【請求項２】 末梢の神経・筋への電気刺激中に、筋の
疲労度を評価する筋の疲労度評価装置において、 末梢の神経・筋へ電気刺激する電気刺激手段と、 被刺激筋の誘発筋電図（Ｍ波）を計測するＭ波測定手段
と、 前記電気刺激手段および前記測定手段と接続された、制
御・評価手段とを備え、 末梢の神経・筋に対して電気刺激する刺激パルス列に追
加のパルスを挿入して、刺激パルス列の一部をダブルパ
ルスとし、前記ダブルパルスの第２パルスにより誘発さ
れた筋電図（Ｍ波）の振幅を計測し、前記振幅から筋疲
労を評価することを特徴とする疲労度評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000102692A JP2001276005A (ja) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | 筋の活動度又は疲労度の評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000102692A JP2001276005A (ja) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | 筋の活動度又は疲労度の評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001276005A true JP2001276005A (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=18616524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000102692A Pending JP2001276005A (ja) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | 筋の活動度又は疲労度の評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001276005A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005002436A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Queensland University Of Technology | Motion monitoring and analysis system |
| CN103006212A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-04-03 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 近似熵分析诱发肌电m波评价电刺激致肌疲劳的方法 |
| CN104523271A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-22 | 华中科技大学 | 一种临床用肌电测痛方法及装置 |
| CN109846480A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-06-07 | 江汉大学 | 一种检测肌肉综合性疲劳度的方法、装置及存储介质 |
| US10426371B2 (en) | 2016-06-07 | 2019-10-01 | Smk Corporation | Muscle condition measurement sheet |
-
2000
- 2000-04-04 JP JP2000102692A patent/JP2001276005A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005002436A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Queensland University Of Technology | Motion monitoring and analysis system |
| CN103006212A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-04-03 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 近似熵分析诱发肌电m波评价电刺激致肌疲劳的方法 |
| CN104523271A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-22 | 华中科技大学 | 一种临床用肌电测痛方法及装置 |
| US10426371B2 (en) | 2016-06-07 | 2019-10-01 | Smk Corporation | Muscle condition measurement sheet |
| CN109846480A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-06-07 | 江汉大学 | 一种检测肌肉综合性疲劳度的方法、装置及存储介质 |
| CN109846480B (zh) * | 2018-08-09 | 2021-10-29 | 江汉大学 | 一种检测肌肉综合性疲劳度的方法、装置及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10293152B2 (en) | Devices, systems, and methods for automated optimization of energy delivery | |
| EP1191879B1 (en) | Apparatus and method for monitoring skin conductance and method for controlling a warning signal | |
| Staehli et al. | Test–retest reliability of quadriceps muscle function outcomes in patients with knee osteoarthritis | |
| Baross et al. | Double-leg isometric exercise training in older men | |
| Ishikawa et al. | Noninvasive assessment of the activity of the shoulder girdle muscles using ultrasound real-time tissue elastography | |
| CN107041747B (zh) | 一种用于脊柱整复系统的呼吸指示装置 | |
| Weng | Electromagnetic activation of the calf muscle pump | |
| Janssen et al. | Blood flow response to electrically induced twitch and tetanic lower-limb muscle contractions | |
| Gilcreast et al. | Effect of electrical stimulation on foot skin perfusion in persons with or at risk for diabetic foot ulcers | |
| Gorgey et al. | Differences in current amplitude evoking leg extension in individuals with spinal cord injury | |
| CN102920442B (zh) | 生理信息反馈音乐治疗床 | |
| US20070219598A1 (en) | Diagnostic method and apparatus | |
| CN106943141B (zh) | 一种用于脊柱整复系统的肌电检测装置 | |
| Nathan et al. | The influence of stimulation pulse frequency on the generation of joint moments in the upper limb | |
| JP2001276005A (ja) | 筋の活動度又は疲労度の評価装置 | |
| Heasman et al. | Detection of fatigue in the isometric electrical activation of paralyzed hand muscles of persons with tetraplegia | |
| Sanchez-Perez et al. | Transcutaneous auricular Vagus Nerve Stimulation and Median Nerve Stimulation reduce acute stress in young healthy adults: a single-blind sham-controlled crossover study | |
| CN106901730B (zh) | 一种脊柱整复系统 | |
| Thorsen et al. | Enhancement of isometric ankle dorsiflexion by automyoelectrically controlled functional electrical stimulation on subjects with upper motor neuron lesions | |
| Oliveira et al. | On the use of evoked potentials for quantification of pain | |
| JP2004154481A (ja) | 筋肉疲労度合い測定装置又は方法 | |
| Schlebusch et al. | Intelligent toilet system for health screening | |
| Gaudet et al. | An Investigation of HDEMG Spatial Parameters in Individuals with Transtibial Amputation | |
| Gonnelli | Long and short-term effects of targeted Neuromuscular Electrical Stimulation on the lower limb muscle function in healthy adults and elderlies | |
| Saadon | Muscle Fatigue Assessment by Mechanomyography and Muscle Oxygenation During Electrically-Evoked Wrist Extension Exercise |