JP2004154481A - 筋肉疲労度合い測定装置又は方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】筋肉疲労度合いを定量的に測定できる簡易な装置を構築する。
【解決手段】経皮的電気刺激手段と、身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、演算部とを含む筋肉疲労度合い測定装置を提供する。該装置において、経皮的電気刺激手段により、通電期間と休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与え、同時に、上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段により、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定する。そして、上記無侵襲酸素量計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、更に上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】経皮的電気刺激手段と、身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、演算部とを含む筋肉疲労度合い測定装置を提供する。該装置において、経皮的電気刺激手段により、通電期間と休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与え、同時に、上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段により、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定する。そして、上記無侵襲酸素量計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、更に上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋肉疲労・肩こりの度合いを、定量的に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そもそも人体における「疲れ」には、肉体的要因のみならず精神的要因も寄与する。その中から「筋肉疲労」を科学的に捉えるのは難しい。
【０００３】
仮に、例えばスポーツ競技者が疲労、特に筋肉疲労を早めに的確に科学的に捉えることができれば、オーバートレーニングの予防に繋げられるが、現状では可能とはいえない。
【０００４】
同様に、「肩こり」も自覚症状であるがゆえに定量的に捉えることが困難である。仮に、筋肉の凝り具合を定量的に捉えることができれば、医師や整体師等が加療する際の基準を提示することも可能になる。また、「肩こり」で悩む人は自らの状態を客観的且つ的確に理解できる。これは心因的な負担を除去することに繋がり得る。しかしかような技術は現状十分なものでなはい。
【０００５】
従来、筋肉疲労を捉える方法として血液中の乳酸濃度を測定する、というものがある。この方法は、乳酸濃度と筋肉の疲労度とには相応の相関関係が存在することを利用する。但し、血液中の乳酸濃度を測定するためには、少ないとはいえ身体への侵襲を伴う。そうすると測定可能な周囲の状況や、測定可能な身体の部位は、自ずと限定されてしまうことになる。
【０００６】
また従来、肩こりを捉える装置として、筋肉を皮膚表面から押さえて強ばりを測定する硬度計がある。ただし、このような装置も即物的に身体の硬度を測定するのみであり、疲労具合の把握の目安とはなり得ても「疲労」を定量的に提示するものとは言い難い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、筋肉疲労・肩こりの度合いを、定量的に測定できる簡易な装置を構築することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る請求項１に記載の筋肉疲労度合い測定装置は、
身体の一部の筋肉を周期的に圧迫し得る筋肉圧迫手段と、
身体内の一定領域の動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して測定する血液量変化計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む。その筋肉疲労度合い測定装置において、
筋肉圧迫手段により、身体の一部の筋肉を圧迫する筋肉圧迫期間とその圧迫を解消する筋肉圧迫解消期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に圧迫刺激を周期的に与え、
上記の圧迫刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、血液量変化計測手段により、動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して所定時間測定し、
上記血液量変化計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、
上記の記録された計測データから、上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける動脈血の増減波と静脈血の増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する。
【０００９】
本発明に係る請求項２に記載の筋肉疲労度合い測定装置は、
経皮的電気刺激手段と、
身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む。その筋肉疲労度合い測定装置において、
経皮的電気刺激手段により、電気を通す通電期間と電気を通さない休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与え、
上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段により、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定し、
上記無侵襲酸素量計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、
上記の記録された計測データから、上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する。
【００１０】
本発明に係る請求項３に記載の筋肉疲労度合い測定方法は、
身体の一部の筋肉を周期的に圧迫し得る筋肉圧迫手段と、
身体内の一定領域の動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して測定する血液量変化計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
・筋肉圧迫手段が、身体の一部の筋肉を圧迫する筋肉圧迫期間とその圧迫を解消する筋肉圧迫解消期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に圧迫刺激を周期的に与える工程１と、
・上記工程１と同時に、上記の圧迫刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、血液量変化計測手段が、動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して所定時間測定する工程２と、
・上記工程２と同時に、上記血液量変化計測手段が計測したデータを上記演算部が記録する工程３と、
・上記の記録された計測データを基にして、上記演算部が、複数の連続するサイクルにおける動脈血の増減波と静脈血の増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する工程４と
を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る請求項４に記載の筋肉疲労度合い測定方法は、
経皮的電気刺激手段と、
身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
・経皮的電気刺激手段が、電気を通す通電期間と電気を通さない休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与える工程１と、
・上記工程１と同時に、上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段が、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定する工程２と、
・上記工程２と同時に、上記無侵襲酸素量計測手段が計測したデータを上記演算部が記録する工程３と、
・上記の記録された計測データを基にして、上記演算部が、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する工程４と
を含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を説明する。
【００１３】
１．筋肉疲労度合い測定装置の全体構成について
図１は、本発明の好適な実施形態に係る筋肉疲労度合い測定装置２の概略の全体構成図である。該筋肉疲労度合い測定装置２は、大きく３つの部位、即ち、近赤外線分光装置４、低周波電気刺激装置２２及び計算機８から構成される。
【００１４】
近赤外線分光装置４は、現在商業的に入手可能な無侵襲の酸素モニタである。該装置４は、ＮＩＲＳ（Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；近赤外分光法）プローブ２０と本体部６とを含み、それらＮＩＲＳプローブ２０と本体部６は第１のケーブル１８により接続される。
【００１５】
図２（１）は、ＮＩＲＳプローブ２０の身体に接触する面の概略図である。よく知られているように、ＮＩＲＳプローブ２０には発光部３０及び受光部３２が備わる。第１のケーブル１８を介して本体部６から送られる近赤外線が、その発光部２０から発出される。発出された近赤外線の一部は、（身体内での）反射の後受光部３２にて受光され、第１のケーブル１８を介して本体部６に送られる。
【００１６】
図２（２）は、ＮＩＲＳプローブ２０と身体との関係を示す断面図である。ＮＩＲＳプローブ２０は発光部３０及び受光部３２を身体側に向け身体の一部に密着して設定される。血液中の酸素化（ＯｘｙＨｂ）ヘモグロビンと脱酸素化（ＤｅｏｘｙＨｂ）ヘモグロビンとは近赤外光吸収特性において、違いが存在する。このことを利用して、本体部６はＮＩＲＳプローブ２０の発光及び受光を分析し酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの量乃至濃度を連続的に測定するが、そのような測定技術は公知の技術である。つまり、ＮＩＲＳプローブ６は、幅数ｃｍ（例えば３ｃｍ）深さ数ｃｍ（例えば３ｃｍ）の領域の測定を行うように設計されており、その領域での酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの量（ひいては濃度）を測定することになる（図３参照）。図３の下部は、皮膚、組織及び身体内の毛細血管を模式的に示す。黒点は模式的に表されたヘモグロビンである。また、「連続的に測定する」のであるが、通常は単位時間（例えば、１秒）おきに続けて測定される。
【００１７】
更に、動脈血のヘモグロビンは主として酸素化ヘモグロビンであり静脈血のヘモグロビンは主として脱酸素化ヘモグロビンであるから、ＮＩＲＳプローブ２０測定領域における動脈血の量は、酸素化ヘモグロビン量の変動と相関して変動するといえる。同様に、同領域における静脈血の量は、脱酸素化ヘモグロビン量の変動と相関して変動するといえる。
【００１８】
再び図１に戻る。低周波電気刺激装置２２はやはり商用装置であり、いわゆる「低周波マッサージ器」として一般に販売されている。例えば、電源電圧１２Ｖ、出力電流１４ｍＡ（１ｋΩ抵抗負荷）などであり、通電時間、休止時間、刺激強度、温度は自由に設定され得るものである。該低周波電気刺激装置２２は、２個のＴＥＳ（Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）プローブ２６と操作部２２とを備え、図１に示すように第２のケーブル２４で繋がれている。上記の通電時間、休止時間、刺激強度、温度は、操作部２２にて設定される。
【００１９】
計算機８は、通常のパソコン（パーソナルコンピュータ）であり、表示部１２、入力部１４及び制御部１０などを備える。制御部１０は、通常の計算機と同様に、演算、記録及び通信操作などを行なう。
【００２０】
近赤外線分光装置４の本体部６と、計算機８の制御部１０とは、第３のケーブル１６により接続している。本体部６はプロセッサの機能を備えており、よって所与の制御操作及びデータ演算・記録を行うことができる。但し、それらの機能は豊富なものではなく、例えば大量又は複雑なデータ演算やデータ記録は、計算機８で行う。そのデータの運搬のために上記第３のケーブル１６が設定されている。
【００２１】
ここでの、近赤外線分光装置４の本体部６と計算機８の制御部１０とのデータの遣り取りは、ケーブルを介さずに例えばフロッピーディスクで行うようにしてもよい。
【００２２】
図４は、ＮＩＲＳプローブ２０と２個のＴＥＳプローブ２６の測定時の概略の（身体への）配置例を示す。図４では、右肩僧帽筋にＮＩＲＳプローブ２０が当てられ、それを挟むようにＴＥＳプローブ２６が貼付されている。
【００２３】
図４の状態で、ＴＥＳプローブ２６を通じて低周波電気刺激が右僧帽筋上部の一部分に加えられる。低周波刺激は、通電時間を数秒（例えば、３．５秒、６．５秒、１０．５秒）、休止時間を相対的に短い数秒（例えば、１．５秒、３．５秒、５．５秒）として、両者を組み合わせて（例えば数分間）繰り返される。
【００２４】
図４のようにして低周波刺激が繰り返し与えられている際に、近赤外分光装置４により近赤外分光法が施され、計測対象領域の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの量の推移が計測される。ここで、通電時間においては動脈静脈を含む計測対象の筋肉領域は圧迫を受ける。従って、通電時間（即ち、圧迫期間）には血管（動脈、静脈）の収縮により（計測対象領域における）血液が減る。逆に、休止時間では圧迫が解消され、血管（動脈、静脈）の復元により（計測対象領域における）血液量が回復する。酸素化ヘモグロビン（ＯｘｙＨｂ）量と脱酸素化ヘモグロビン（ＤｅｏｘｙＨｂ）量も、その繰り返しに略同調して、図５に示すような周期毎の増減を繰り返す。図５には、酸素化ヘモグロビン（ＯｘｙＨｂ）量と脱酸素化ヘモグロビン（ＤｅｏｘｙＨｂ）量の変動の例を示す。
【００２５】
２．筋肉疲労と位相差の発生
ところで、計測対象の筋肉が低周波刺激を数多く累積的に受ける程、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減とに時間的な「ずれ」が生じることを、発明者は把握した。しかもその「ずれ」は、ＤｅｏｘｙＨｂ量がＯｘｙＨｂ量に位相上先行する、というものである。図５の変動グラフでは、約１／３周期（約１．６秒）ＤｅｏｘｙＨｂ量がＯｘｙＨｂ量に先行している。
【００２６】
発明者は、まず、ＤｅｏｘｙＨｂの増減及びＯｘｙＨｂの増減を形成する低周波刺激そのものが、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減との位相差を形成することに関し、以下のような実験（２−（１）実験１）を行った。
【００２７】
２−（１）実験１（ＴＥＳによる慢性的な疲労での検討）
実験対象たる被験者は、健常青年女子３名である。何れの対象にも、図４のように、右肩僧帽筋の筋腹にＮＩＲＳプローブ２０と２個のＴＥＳプローブ２６を貼った。電気刺激は、１サイクルが通電時間３．５秒と休止時間１．５秒で構成される。この電気刺激を１日あたり４０分間、３日間に渡り、略同時刻に与え、その間のＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減とを観察した。上記の刺激４０分のうち、図６（１）示すように始め５分間（０〜５分）と終わり５分間（３５から４０分）において、Ｄｅｏｘｙ量とＯｘｙ量とを計測・解析した。
【００２８】
その解析では、１回の刺激（１回／５秒）に応答するＤｅｏｘｙＨｂ（の増減）波とＯｘｙＨｂ（の増減）波との、各々の最高点間の時間差を、多数の刺激に関して計測した。それら計測値を０．５秒毎のグループに分類し、図６（２）のようにヒストグラム化した。図６（２）のヒストグラムで、夫々のグループの値の範囲は、次の表１の通りである。
【表１】
【００２９】
図６（２）から明白なように、日が進むに連れて「ずれ」の時間の平均値が大きくなっている。被験者においては筋肉痛の自覚症状が認められた。即ち、被験者は肩の腫脹を訴え、客観的にも腫れが示されていた。更に、日を追うごとに筋肉痛の自覚症状が明確化していた。
【００３０】
従って、ＴＥＳ（経皮的電気刺激）の運動負荷による慢性的な疲労から、「ずれ」時間の拡大が生じていると言える。
【００３１】
上記の「ずれ」の発生は次のように説明され得る。まず、筋肉が疲労していない状態では、経皮的電気刺激（ＴＥＳ）による筋収縮で動脈と静脈とは同時に圧迫される。このときずれは発生しない。一方、筋疲労状態では、筋肉は浮腫によって既に圧迫された状態になっている。ここで、動脈に比べて弾力性に乏しい静脈は、疲労していないときに比べ弱い刺激でも圧迫により変形を始めることになる。他方で動脈は、弾力性があるという特性から、かような浮腫による影響を受けにくく圧迫により変形する時点が静脈より遅れることになる。
【００３２】
続いて、発明者は、ダンベル運動のような集中的な運動による筋肉への負荷が、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減との位相差を形成することに関し、以下のような実験（２−（２）実験２）を行った。
【００３３】
２−（２）実験２（ダンベル運動による急性的な疲労での検討）
実験対象たる被験者は、健常青年女子２名である。一方の被験者（被験者Ａ）は図８（１）に示されるダンベル持ち上げ運動を（ｉ）１８０回（ｉｉ）１００回行い、他方の被験者（被験者Ｂ）は図８（２）に示されるダンベル抱え込み運動を（ｉ）１５０回（ｉｉ）１００回行った。かようなダンベル運動の前と後とに、低周波電気刺激装置による刺激を５分間ずつ掛け、そのとき同時に近赤外線分光装置によりＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減とを観察しデータの解析を行った。解析法は実験１と同様であり、結果を図７のヒストグラムに示す。
【００３４】
なお、ＮＩＲＳプローブ２０と２個のＴＥＳプローブ２６の貼付位置も上記実験１と同じである。電気刺激における通電時間と休止時間も、上記実験１と同様に夫々、３．５秒及び１．５秒である。
【００３５】
図７（１）はダンベル運動前の状態のヒストグラム、図７（２）はダンベル運動後の状態のヒストグラムである。図７（１）（２）から明白なように、運動後に「ずれ」の時間の平均値が大きくなっている。被験者においては運動後に筋肉痛の自覚症状が認められた。即ち、急性的な運動を行った実験２においても、被験者は肩の腫脹を訴えたのであり、客観的にも腫れが見られた
【００３６】
従って、ダンベル運動負荷による急性的な疲労からも、ＴＥＳの刺激負荷による慢性的な疲労と同様に、「ずれ」時間が生じていると言える。
【００３７】
３．位相差の存在及び大小と筋肉疲労
上記の実験１及び実験２から明白なように、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減の位相差を、筋肉疲労の指標値とすることが可能である。
【００３８】
しかも、実験１からは疲労が進む程、位相差も拡大することが把握できる。但し、筋肉の浮腫状態の限度、動脈の弾性力、静脈の弾性力、及び１サイクルの時間長から、上記位相差（「ずれ」）の大きさには限度があることは明白である。
【００３９】
従って、位相差の段階値を、筋肉疲労の段階的な指標値とすることもできる。例えば、１．５秒が位相差の上限値であるならば、０秒から１．５秒を
（段階０）０．０秒以上〜０．２秒未満、
（段階１）０．２秒以上〜０．８秒未満、
（段階２）０．８秒以上〜１．２秒未満、
（段階３）１．２秒以上〜１．５秒以下
の４つの段階に分け、
・（段階０）であるならば、「殆ど疲労は無い」とし、
・（段階１）であるならば、「少し疲労している」とし、
・（段階２）であるならば、「非常に疲労している」とし
・（段階３）であるならば、「危険な状態にまで疲労している」として、
医師や整体師の加療や、スポーツ競技者のコンディショニングでの参考値にできる。例えば、スポーツ競技者であれば、段階１に到ればトレーニング量を半分にし、段階２に到ればトレーニングを休止し、段階３に到れば医師に相談する、などの行動を起こす際の参考にできる。
【００４０】
また、実験１及び実験２において、経皮的電気刺激の１サイクルは通電時間３．５秒と休止時間１．５秒で構成される。ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減の計測は、５分間を単位に行われた。もちろん、電気刺激の内容や観察期間の長さはそれらに限定されるものではない。例えば、１サイクルが通電時間３．４秒と休止時間１．６秒で構成される電気刺激を１分間与え、そこからＤｅｏｘｙＨｂの増減の最高点とＯｘｙＨｂの増減の最高点との差の平均値を求め、それを指標値とする等してもよい。
【００４１】
さらに、毎日の位相差の値を計算機８に記録し、位相差の値の変化率を算出することもできる。かような変化率を算出・検討することにより、同じ筋肉疲労の段階（即ち、略同じ位相差の値）にあっても回復傾向であるのか、若しくは疲労蓄積傾向であるのかの差異から、トレーニング指針や加療指針に変化を持たせることも可能である。
【００４２】
上記のような変化率は、毎時の位相差の値から（即ち、１時間おきの位相差の計測値から）算出することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明を利用することにより、筋肉疲労・肩こりの度合いを、定量的に測定できる簡易な装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る筋肉疲労度合い測定装置の概略の全体構成図である。
【図２】（１）は、ＮＩＲＳプローブの身体に接触する面の概略図である。（２）は、ＮＩＲＳプローブと身体との関係を示す断面図である。
【図３】発光部、受光部、皮膚、組織及び身体内の毛細血管を示す模式図である。
【図４】ＮＩＲＳプローブと２個のＴＥＳプローブの測定時の概略の（身体への）配置例を示す。
【図５】酸素化ヘモグロビン（ＯｘｙＨｂ）量と脱酸素化ヘモグロビン（ＤｅｏｘｙＨｂ）量の変動の例を示す。
【図６】（１）実験１の条件と、（２）実験１の解析結果である。
【図７】実験２の解析結果であり、（１）はダンベル運動前の状態のヒストグラム、（２）はダンベル運動後の状態のヒストグラムである。
【図８】実験２の条件を模式的に示す。
【符号の説明】
２・・・筋肉疲労度合い測定装置、４・・・近赤外線分光装置、８・・・計算機、２０・・・ＮＩＲＳプローブ、２２・・・低周波電気刺激装置、２６・・・ＴＥＳプローブ、３０・・・発光部、３２・・・受光部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋肉疲労・肩こりの度合いを、定量的に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そもそも人体における「疲れ」には、肉体的要因のみならず精神的要因も寄与する。その中から「筋肉疲労」を科学的に捉えるのは難しい。
【０００３】
仮に、例えばスポーツ競技者が疲労、特に筋肉疲労を早めに的確に科学的に捉えることができれば、オーバートレーニングの予防に繋げられるが、現状では可能とはいえない。
【０００４】
同様に、「肩こり」も自覚症状であるがゆえに定量的に捉えることが困難である。仮に、筋肉の凝り具合を定量的に捉えることができれば、医師や整体師等が加療する際の基準を提示することも可能になる。また、「肩こり」で悩む人は自らの状態を客観的且つ的確に理解できる。これは心因的な負担を除去することに繋がり得る。しかしかような技術は現状十分なものでなはい。
【０００５】
従来、筋肉疲労を捉える方法として血液中の乳酸濃度を測定する、というものがある。この方法は、乳酸濃度と筋肉の疲労度とには相応の相関関係が存在することを利用する。但し、血液中の乳酸濃度を測定するためには、少ないとはいえ身体への侵襲を伴う。そうすると測定可能な周囲の状況や、測定可能な身体の部位は、自ずと限定されてしまうことになる。
【０００６】
また従来、肩こりを捉える装置として、筋肉を皮膚表面から押さえて強ばりを測定する硬度計がある。ただし、このような装置も即物的に身体の硬度を測定するのみであり、疲労具合の把握の目安とはなり得ても「疲労」を定量的に提示するものとは言い難い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、筋肉疲労・肩こりの度合いを、定量的に測定できる簡易な装置を構築することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る請求項１に記載の筋肉疲労度合い測定装置は、
身体の一部の筋肉を周期的に圧迫し得る筋肉圧迫手段と、
身体内の一定領域の動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して測定する血液量変化計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む。その筋肉疲労度合い測定装置において、
筋肉圧迫手段により、身体の一部の筋肉を圧迫する筋肉圧迫期間とその圧迫を解消する筋肉圧迫解消期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に圧迫刺激を周期的に与え、
上記の圧迫刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、血液量変化計測手段により、動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して所定時間測定し、
上記血液量変化計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、
上記の記録された計測データから、上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける動脈血の増減波と静脈血の増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する。
【０００９】
本発明に係る請求項２に記載の筋肉疲労度合い測定装置は、
経皮的電気刺激手段と、
身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む。その筋肉疲労度合い測定装置において、
経皮的電気刺激手段により、電気を通す通電期間と電気を通さない休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与え、
上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段により、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定し、
上記無侵襲酸素量計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、
上記の記録された計測データから、上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する。
【００１０】
本発明に係る請求項３に記載の筋肉疲労度合い測定方法は、
身体の一部の筋肉を周期的に圧迫し得る筋肉圧迫手段と、
身体内の一定領域の動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して測定する血液量変化計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
・筋肉圧迫手段が、身体の一部の筋肉を圧迫する筋肉圧迫期間とその圧迫を解消する筋肉圧迫解消期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に圧迫刺激を周期的に与える工程１と、
・上記工程１と同時に、上記の圧迫刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、血液量変化計測手段が、動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して所定時間測定する工程２と、
・上記工程２と同時に、上記血液量変化計測手段が計測したデータを上記演算部が記録する工程３と、
・上記の記録された計測データを基にして、上記演算部が、複数の連続するサイクルにおける動脈血の増減波と静脈血の増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する工程４と
を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る請求項４に記載の筋肉疲労度合い測定方法は、
経皮的電気刺激手段と、
身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
・経皮的電気刺激手段が、電気を通す通電期間と電気を通さない休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与える工程１と、
・上記工程１と同時に、上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段が、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定する工程２と、
・上記工程２と同時に、上記無侵襲酸素量計測手段が計測したデータを上記演算部が記録する工程３と、
・上記の記録された計測データを基にして、上記演算部が、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する工程４と
を含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を説明する。
【００１３】
１．筋肉疲労度合い測定装置の全体構成について
図１は、本発明の好適な実施形態に係る筋肉疲労度合い測定装置２の概略の全体構成図である。該筋肉疲労度合い測定装置２は、大きく３つの部位、即ち、近赤外線分光装置４、低周波電気刺激装置２２及び計算機８から構成される。
【００１４】
近赤外線分光装置４は、現在商業的に入手可能な無侵襲の酸素モニタである。該装置４は、ＮＩＲＳ（Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；近赤外分光法）プローブ２０と本体部６とを含み、それらＮＩＲＳプローブ２０と本体部６は第１のケーブル１８により接続される。
【００１５】
図２（１）は、ＮＩＲＳプローブ２０の身体に接触する面の概略図である。よく知られているように、ＮＩＲＳプローブ２０には発光部３０及び受光部３２が備わる。第１のケーブル１８を介して本体部６から送られる近赤外線が、その発光部２０から発出される。発出された近赤外線の一部は、（身体内での）反射の後受光部３２にて受光され、第１のケーブル１８を介して本体部６に送られる。
【００１６】
図２（２）は、ＮＩＲＳプローブ２０と身体との関係を示す断面図である。ＮＩＲＳプローブ２０は発光部３０及び受光部３２を身体側に向け身体の一部に密着して設定される。血液中の酸素化（ＯｘｙＨｂ）ヘモグロビンと脱酸素化（ＤｅｏｘｙＨｂ）ヘモグロビンとは近赤外光吸収特性において、違いが存在する。このことを利用して、本体部６はＮＩＲＳプローブ２０の発光及び受光を分析し酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの量乃至濃度を連続的に測定するが、そのような測定技術は公知の技術である。つまり、ＮＩＲＳプローブ６は、幅数ｃｍ（例えば３ｃｍ）深さ数ｃｍ（例えば３ｃｍ）の領域の測定を行うように設計されており、その領域での酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの量（ひいては濃度）を測定することになる（図３参照）。図３の下部は、皮膚、組織及び身体内の毛細血管を模式的に示す。黒点は模式的に表されたヘモグロビンである。また、「連続的に測定する」のであるが、通常は単位時間（例えば、１秒）おきに続けて測定される。
【００１７】
更に、動脈血のヘモグロビンは主として酸素化ヘモグロビンであり静脈血のヘモグロビンは主として脱酸素化ヘモグロビンであるから、ＮＩＲＳプローブ２０測定領域における動脈血の量は、酸素化ヘモグロビン量の変動と相関して変動するといえる。同様に、同領域における静脈血の量は、脱酸素化ヘモグロビン量の変動と相関して変動するといえる。
【００１８】
再び図１に戻る。低周波電気刺激装置２２はやはり商用装置であり、いわゆる「低周波マッサージ器」として一般に販売されている。例えば、電源電圧１２Ｖ、出力電流１４ｍＡ（１ｋΩ抵抗負荷）などであり、通電時間、休止時間、刺激強度、温度は自由に設定され得るものである。該低周波電気刺激装置２２は、２個のＴＥＳ（Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）プローブ２６と操作部２２とを備え、図１に示すように第２のケーブル２４で繋がれている。上記の通電時間、休止時間、刺激強度、温度は、操作部２２にて設定される。
【００１９】
計算機８は、通常のパソコン（パーソナルコンピュータ）であり、表示部１２、入力部１４及び制御部１０などを備える。制御部１０は、通常の計算機と同様に、演算、記録及び通信操作などを行なう。
【００２０】
近赤外線分光装置４の本体部６と、計算機８の制御部１０とは、第３のケーブル１６により接続している。本体部６はプロセッサの機能を備えており、よって所与の制御操作及びデータ演算・記録を行うことができる。但し、それらの機能は豊富なものではなく、例えば大量又は複雑なデータ演算やデータ記録は、計算機８で行う。そのデータの運搬のために上記第３のケーブル１６が設定されている。
【００２１】
ここでの、近赤外線分光装置４の本体部６と計算機８の制御部１０とのデータの遣り取りは、ケーブルを介さずに例えばフロッピーディスクで行うようにしてもよい。
【００２２】
図４は、ＮＩＲＳプローブ２０と２個のＴＥＳプローブ２６の測定時の概略の（身体への）配置例を示す。図４では、右肩僧帽筋にＮＩＲＳプローブ２０が当てられ、それを挟むようにＴＥＳプローブ２６が貼付されている。
【００２３】
図４の状態で、ＴＥＳプローブ２６を通じて低周波電気刺激が右僧帽筋上部の一部分に加えられる。低周波刺激は、通電時間を数秒（例えば、３．５秒、６．５秒、１０．５秒）、休止時間を相対的に短い数秒（例えば、１．５秒、３．５秒、５．５秒）として、両者を組み合わせて（例えば数分間）繰り返される。
【００２４】
図４のようにして低周波刺激が繰り返し与えられている際に、近赤外分光装置４により近赤外分光法が施され、計測対象領域の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの量の推移が計測される。ここで、通電時間においては動脈静脈を含む計測対象の筋肉領域は圧迫を受ける。従って、通電時間（即ち、圧迫期間）には血管（動脈、静脈）の収縮により（計測対象領域における）血液が減る。逆に、休止時間では圧迫が解消され、血管（動脈、静脈）の復元により（計測対象領域における）血液量が回復する。酸素化ヘモグロビン（ＯｘｙＨｂ）量と脱酸素化ヘモグロビン（ＤｅｏｘｙＨｂ）量も、その繰り返しに略同調して、図５に示すような周期毎の増減を繰り返す。図５には、酸素化ヘモグロビン（ＯｘｙＨｂ）量と脱酸素化ヘモグロビン（ＤｅｏｘｙＨｂ）量の変動の例を示す。
【００２５】
２．筋肉疲労と位相差の発生
ところで、計測対象の筋肉が低周波刺激を数多く累積的に受ける程、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減とに時間的な「ずれ」が生じることを、発明者は把握した。しかもその「ずれ」は、ＤｅｏｘｙＨｂ量がＯｘｙＨｂ量に位相上先行する、というものである。図５の変動グラフでは、約１／３周期（約１．６秒）ＤｅｏｘｙＨｂ量がＯｘｙＨｂ量に先行している。
【００２６】
発明者は、まず、ＤｅｏｘｙＨｂの増減及びＯｘｙＨｂの増減を形成する低周波刺激そのものが、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減との位相差を形成することに関し、以下のような実験（２−（１）実験１）を行った。
【００２７】
２−（１）実験１（ＴＥＳによる慢性的な疲労での検討）
実験対象たる被験者は、健常青年女子３名である。何れの対象にも、図４のように、右肩僧帽筋の筋腹にＮＩＲＳプローブ２０と２個のＴＥＳプローブ２６を貼った。電気刺激は、１サイクルが通電時間３．５秒と休止時間１．５秒で構成される。この電気刺激を１日あたり４０分間、３日間に渡り、略同時刻に与え、その間のＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減とを観察した。上記の刺激４０分のうち、図６（１）示すように始め５分間（０〜５分）と終わり５分間（３５から４０分）において、Ｄｅｏｘｙ量とＯｘｙ量とを計測・解析した。
【００２８】
その解析では、１回の刺激（１回／５秒）に応答するＤｅｏｘｙＨｂ（の増減）波とＯｘｙＨｂ（の増減）波との、各々の最高点間の時間差を、多数の刺激に関して計測した。それら計測値を０．５秒毎のグループに分類し、図６（２）のようにヒストグラム化した。図６（２）のヒストグラムで、夫々のグループの値の範囲は、次の表１の通りである。
【表１】
図６（２）から明白なように、日が進むに連れて「ずれ」の時間の平均値が大きくなっている。被験者においては筋肉痛の自覚症状が認められた。即ち、被験者は肩の腫脹を訴え、客観的にも腫れが示されていた。更に、日を追うごとに筋肉痛の自覚症状が明確化していた。
【００３０】
従って、ＴＥＳ（経皮的電気刺激）の運動負荷による慢性的な疲労から、「ずれ」時間の拡大が生じていると言える。
【００３１】
上記の「ずれ」の発生は次のように説明され得る。まず、筋肉が疲労していない状態では、経皮的電気刺激（ＴＥＳ）による筋収縮で動脈と静脈とは同時に圧迫される。このときずれは発生しない。一方、筋疲労状態では、筋肉は浮腫によって既に圧迫された状態になっている。ここで、動脈に比べて弾力性に乏しい静脈は、疲労していないときに比べ弱い刺激でも圧迫により変形を始めることになる。他方で動脈は、弾力性があるという特性から、かような浮腫による影響を受けにくく圧迫により変形する時点が静脈より遅れることになる。
【００３２】
続いて、発明者は、ダンベル運動のような集中的な運動による筋肉への負荷が、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減との位相差を形成することに関し、以下のような実験（２−（２）実験２）を行った。
【００３３】
２−（２）実験２（ダンベル運動による急性的な疲労での検討）
実験対象たる被験者は、健常青年女子２名である。一方の被験者（被験者Ａ）は図８（１）に示されるダンベル持ち上げ運動を（ｉ）１８０回（ｉｉ）１００回行い、他方の被験者（被験者Ｂ）は図８（２）に示されるダンベル抱え込み運動を（ｉ）１５０回（ｉｉ）１００回行った。かようなダンベル運動の前と後とに、低周波電気刺激装置による刺激を５分間ずつ掛け、そのとき同時に近赤外線分光装置によりＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減とを観察しデータの解析を行った。解析法は実験１と同様であり、結果を図７のヒストグラムに示す。
【００３４】
なお、ＮＩＲＳプローブ２０と２個のＴＥＳプローブ２６の貼付位置も上記実験１と同じである。電気刺激における通電時間と休止時間も、上記実験１と同様に夫々、３．５秒及び１．５秒である。
【００３５】
図７（１）はダンベル運動前の状態のヒストグラム、図７（２）はダンベル運動後の状態のヒストグラムである。図７（１）（２）から明白なように、運動後に「ずれ」の時間の平均値が大きくなっている。被験者においては運動後に筋肉痛の自覚症状が認められた。即ち、急性的な運動を行った実験２においても、被験者は肩の腫脹を訴えたのであり、客観的にも腫れが見られた
【００３６】
従って、ダンベル運動負荷による急性的な疲労からも、ＴＥＳの刺激負荷による慢性的な疲労と同様に、「ずれ」時間が生じていると言える。
【００３７】
３．位相差の存在及び大小と筋肉疲労
上記の実験１及び実験２から明白なように、ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減の位相差を、筋肉疲労の指標値とすることが可能である。
【００３８】
しかも、実験１からは疲労が進む程、位相差も拡大することが把握できる。但し、筋肉の浮腫状態の限度、動脈の弾性力、静脈の弾性力、及び１サイクルの時間長から、上記位相差（「ずれ」）の大きさには限度があることは明白である。
【００３９】
従って、位相差の段階値を、筋肉疲労の段階的な指標値とすることもできる。例えば、１．５秒が位相差の上限値であるならば、０秒から１．５秒を
（段階０）０．０秒以上〜０．２秒未満、
（段階１）０．２秒以上〜０．８秒未満、
（段階２）０．８秒以上〜１．２秒未満、
（段階３）１．２秒以上〜１．５秒以下
の４つの段階に分け、
・（段階０）であるならば、「殆ど疲労は無い」とし、
・（段階１）であるならば、「少し疲労している」とし、
・（段階２）であるならば、「非常に疲労している」とし
・（段階３）であるならば、「危険な状態にまで疲労している」として、
医師や整体師の加療や、スポーツ競技者のコンディショニングでの参考値にできる。例えば、スポーツ競技者であれば、段階１に到ればトレーニング量を半分にし、段階２に到ればトレーニングを休止し、段階３に到れば医師に相談する、などの行動を起こす際の参考にできる。
【００４０】
また、実験１及び実験２において、経皮的電気刺激の１サイクルは通電時間３．５秒と休止時間１．５秒で構成される。ＤｅｏｘｙＨｂの増減とＯｘｙＨｂの増減の計測は、５分間を単位に行われた。もちろん、電気刺激の内容や観察期間の長さはそれらに限定されるものではない。例えば、１サイクルが通電時間３．４秒と休止時間１．６秒で構成される電気刺激を１分間与え、そこからＤｅｏｘｙＨｂの増減の最高点とＯｘｙＨｂの増減の最高点との差の平均値を求め、それを指標値とする等してもよい。
【００４１】
さらに、毎日の位相差の値を計算機８に記録し、位相差の値の変化率を算出することもできる。かような変化率を算出・検討することにより、同じ筋肉疲労の段階（即ち、略同じ位相差の値）にあっても回復傾向であるのか、若しくは疲労蓄積傾向であるのかの差異から、トレーニング指針や加療指針に変化を持たせることも可能である。
【００４２】
上記のような変化率は、毎時の位相差の値から（即ち、１時間おきの位相差の計測値から）算出することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明を利用することにより、筋肉疲労・肩こりの度合いを、定量的に測定できる簡易な装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る筋肉疲労度合い測定装置の概略の全体構成図である。
【図２】（１）は、ＮＩＲＳプローブの身体に接触する面の概略図である。（２）は、ＮＩＲＳプローブと身体との関係を示す断面図である。
【図３】発光部、受光部、皮膚、組織及び身体内の毛細血管を示す模式図である。
【図４】ＮＩＲＳプローブと２個のＴＥＳプローブの測定時の概略の（身体への）配置例を示す。
【図５】酸素化ヘモグロビン（ＯｘｙＨｂ）量と脱酸素化ヘモグロビン（ＤｅｏｘｙＨｂ）量の変動の例を示す。
【図６】（１）実験１の条件と、（２）実験１の解析結果である。
【図７】実験２の解析結果であり、（１）はダンベル運動前の状態のヒストグラム、（２）はダンベル運動後の状態のヒストグラムである。
【図８】実験２の条件を模式的に示す。
【符号の説明】
２・・・筋肉疲労度合い測定装置、４・・・近赤外線分光装置、８・・・計算機、２０・・・ＮＩＲＳプローブ、２２・・・低周波電気刺激装置、２６・・・ＴＥＳプローブ、３０・・・発光部、３２・・・受光部。
Claims (4)
- 身体の一部の筋肉を周期的に圧迫し得る筋肉圧迫手段と、
身体内の一定領域の動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して測定する血液量変化計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
筋肉圧迫手段により、身体の一部の筋肉を圧迫する筋肉圧迫期間とその圧迫を解消する筋肉圧迫解消期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に圧迫刺激を周期的に与え、
上記の圧迫刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、血液量変化計測手段により、動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して所定時間測定し、
上記血液量変化計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、
上記の記録された計測データから、上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける動脈血の増減波と静脈血の増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する、
筋肉疲労度合い測定装置。 - 経皮的電気刺激手段と、
身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
経皮的電気刺激手段により、電気を通す通電期間と電気を通さない休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与え、
上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段により、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定し、
上記無侵襲酸素量計測手段により計測されたデータを上記演算部で記録し、
上記の記録された計測データから、上記演算部により、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する、
筋肉疲労度合い測定装置。 - 身体の一部の筋肉を周期的に圧迫し得る筋肉圧迫手段と、
身体内の一定領域の動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して測定する血液量変化計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
・筋肉圧迫手段が、身体の一部の筋肉を圧迫する筋肉圧迫期間とその圧迫を解消する筋肉圧迫解消期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に圧迫刺激を周期的に与える工程１と、
・上記工程１と同時に、上記の圧迫刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、血液量変化計測手段が、動脈血の量変化と静脈血の量変化とを連続して所定時間測定する工程２と、
・上記工程２と同時に、上記血液量変化計測手段が計測したデータを上記演算部が記録する工程３と、
・上記の記録された計測データを基にして、上記演算部が、複数の連続するサイクルにおける動脈血の増減波と静脈血の増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する工程４と
を含むことを特徴とする筋肉疲労度合い測定方法。 - 経皮的電気刺激手段と、
身体内の一定領域の酸素化ヘモグロビンの量と脱酸素化ヘモグロビンの量とを連続して測定する無侵襲酸素量計測手段と、
データを記録し演算する演算部とを含む、筋肉疲労度合い測定装置において、
・経皮的電気刺激手段が、電気を通す通電期間と電気を通さない休止期間とからなるサイクルを繰り返して、身体の一部に電気刺激を周期的に与える工程１と、
・上記工程１と同時に、上記の電気刺激が与えられる身体の一部の内の一定領域に対して、無侵襲酸素量計測手段が、酸素化ヘモグロビン量と脱酸素化ヘモグロビン量とを連続して所定時間測定する工程２と、
・上記工程２と同時に、上記無侵襲酸素量計測手段が計測したデータを上記演算部が記録する工程３と、
・上記の記録された計測データを基にして、上記演算部が、複数の連続するサイクルにおける脱酸素化ヘモグロビンの増減波と酸素化ヘモグロビン増減波との上記所定時間での平均位相差を算出する工程４と
を含むことを特徴とする筋肉疲労度合い測定方法。
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