JP2011206398A - 筋電位センサ - Google Patents

Abstract

【課題】筋電位検出電極の位置が多少ずれたとしても筋電位を感度よく検出でき、取扱いが容易で汎用性が高い筋電位センサを提供する。
【解決手段】筋電位検出電極４を３つ以上備えたセンサ部２と、センサ部２の各筋電位検出電極４から電位信号が入力され、当該電位信号を基に筋電位を検出する信号処理部１０とを備え、信号処理部１０は、筋電位の検出に先立ち、センサ部２を検出部位に装着して所定の動作を行った際に電位差が検出される筋電位検出電極４のペアを検出し、当該筋電位検出電極４のペアを動作と関連付けて記憶する電極ペア学習部１８と、電極ペア学習部１８で記憶した筋電位検出電極４のペア間の電位差を検出し、筋電位の検出を行う筋電位検出部１９と、を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、筋肉が収縮する際に発生する筋電位を皮膚表面から検出する筋電位センサに
関するものである。

筋電位は、筋が収縮した結果として発生するものではなく、運動神経細胞からの神経パ
ルス列から発生する。図６に示すように、筋肉の活動は、脊髄６０の中にあるα運動ニュ
ーロン６１から始まる。α運動ニューロン６１が脳からの指令や、脊髄６０を経由する種
々の反射によって興奮すると、その興奮インパルスが神経軸索６２を経て筋肉に伝わる。
筋肉に興奮インパルスが伝わると、興奮インパルスは、神経筋接続部６３から、筋繊維６
４の端部に向かって伝搬していく。興奮が筋繊維６４に伝わることで、筋繊維６４が収縮
するが、この過程で電圧が発生する。

したがって、図６に示すように、筋繊維６４の興奮インパルスの伝搬路上に電極６５を
設けることで、筋肉の活動状態に応じた筋電位を検出することができる。但し、筋繊維６
４に直接電極６５を設ける方法は、必然的に侵襲的な計測となるため、医療現場で筋肉ご
との細かなデータが欲しい場合に限って実施される。

他の方法としては、皮膚表面から筋電位信号を検出する方法が知られている。この方法
では、計測信号は様々な筋肉で発生する筋電位信号の干渉波形となってしまい、またＳＮ
比も劣化してしまうが、簡易な計測方法として用いられている。

皮膚表面から取得された筋電位は表面筋電位と呼ばれ、非侵襲的な計測が可能であるた
め、スポーツトレーニングやリハビリ等で筋肉の動作状態を大まかに計測する場合に用い
られる他、近年では、義手の制御やコンピュータの操作等、筋電位信号を制御に用いる方
法が研究されており、筋力の弱った人の筋力をサポートするパワーアシストスーツ等、実
用化の近い応用製品もできつつある。

表面筋電位は、数ｍＶ程度の非常に小さな信号であるため、測定には、図７に示すよう
な、計装アンプ７０を用いた差動増幅回路を利用して、人体に存在する筋電位と無関係な
同相ノイズ信号を除去する方法が採られている。

計装アンプ７０は、皮膚表面７１に配置された２つの筋電位検出電極７２，７３から２
つの入力端子にそれぞれ入力された筋電位の差を増幅し、基準電位Ｖ_REFを中心に出力す
るアンプである。計装アンプ７０には、ゲイン（高域通過特性）を調整するゲイン調整回
路７４が備えられる。

ボディアース電極７５は、人体の電位を基準電位Ｖ_REFと等電位にすることにより、ハ
ムノイズ等の空間を伝わって人体へ結合するノイズを抑制する働きがある。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１〜３がある。

特開２００７−１５９７２２号公報 特開２００７−８９６７６号公報 特表２００８−５４３４５３号公報

ところで、筋電位センサを、義手等の複雑な動きをする対象の制御へ応用することを考
えた場合、複数箇所の筋電位を同時計測することが必須である。また、筋電位センサは容
易に着脱可能な方が望ましく、衣服状の布状素材に多数の筋電位検出電極を設置し、着る
感覚で装着できるウェアラブルな筋電位センサ（衣服型表面筋電位センサ）が研究されて
いる。

しかしながら、このようなウェアラブルな筋電位センサでは、装着するたびに筋電位検
出電極の位置（検出位置）がずれてしまい、筋電位の検出感度が低下し、最悪の場合、筋
電位を正常に検出できなくなるおそれがある。

本発明者らが筋電位検出電極の位置ずれの影響について実験を行い検討したところ、筋
電位検出電極の位置が最適な位置からずれることにより検出感度が低下することはもちろ
ん、筋電位を検出する筋電位検出電極のペアの位置関係（筋繊維に対する角度など）が変
わると、検出する筋電位の大きさ、すなわち検出感度が変化することが確認された。

したがって、ウェアラブルな筋電位センサを実現するにあたり、筋電位検出電極の位置
が多少ずれたとしても筋電位を感度よく検出できる、取扱いが容易な筋電位センサの実現
が望まれる。

また、最適な筋電位検出電極の位置、すなわち最も検出感度が高くなる検出位置は、個
人差が大きく、筋電位を検出する筋電位検出電極のペアが固定された従来の筋電位センサ
では、人によっては筋電位を検出できない場合もあり、汎用性が低いという問題もあった
。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、筋電位検出電極の位置が多少ずれたとし
ても筋電位を感度よく検出でき、取扱いが容易で汎用性が高い筋電位センサを提供するこ
とにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、２つの筋電位検出電極の電
位差を検出することにより、筋電位を検出する筋電位センサにおいて、前記筋電位検出電
極を３つ以上備えたセンサ部と、該センサ部の各筋電位検出電極から電位信号が入力され
、当該電位信号を基に筋電位を検出する信号処理部とを備え、前記信号処理部は、筋電位
の検出に先立ち、前記センサ部を検出部位に装着して所定の動作を行った際に電位差が検
出される前記筋電位検出電極のペアを検出し、当該筋電位検出電極のペアを動作と関連付
けて記憶する電極ペア学習部と、該電極ペア学習部で記憶した前記筋電位検出電極のペア
間の電位差を検出し、筋電位の検出を行う筋電位検出部と、を有する筋電位センサである
。

前記電極ペア学習部は、複数の動作について、当該動作を行った際に電位差が検出され
る前記筋電位検出電極のペアを検出し、当該筋電位検出電極のペアを動作と関連付けて記
憶するようにされ、前記信号処理部は、前記筋電位検出部が検出した筋電位と、前記電極
ペア学習部が記憶した前記筋電位検出電極のペアと動作の関係とを基に、行われる動作を
予測する動作予測部をさらに備えてもよい。

前記電極ペア学習部は、所定の動作を行った際の、前記センサ部における前記筋電位検
出電極のペアの全ての組合せについて電位差を検出し、検出した電位差が所定のしきい値
よりも高い前記筋電位検出電極のペアを、動作と関連付けて記憶するようにされてもよい
。

前記筋電位検出電極は、その電極形状が円形状に形成されてもよい。

前記センサ部は、フレキシブルプリント基板と、該フレキシブルプリント基板に設けら
れた３つ以上の前記筋電位検出電極と、該筋電位検出電極の周囲を囲むように前記フレキ
シブルプリント基板に設けられたボディアース電極と、を有してもよい。

前記センサ部と前記信号処理部とは、前記各筋電位検出電極と対応した複数の細径同軸
ケーブルにより電気的に接続され、前記細径同軸ケーブルの外部導体をボディアース配線
としてもよい。

前記センサ部が布状素材に固定され、少なくとも前記細径同軸ケーブルの一部が前記布
状素材に縫い付けられてもよい。

本発明によれば、筋電位検出電極の位置が多少ずれたとしても筋電位を感度よく検出で
き、取扱いが容易で汎用性が高い筋電位センサを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る筋電位センサの概略構成図である。 図１の筋電位センサの信号処理部における制御フローを示すフローチャートである。 図２のフローチャートにおける、学習モードの制御フローを示すフローチャートである。 図２のフローチャートにおける、動作モードの制御フローを示すフローチャートである。 本発明において、電極ペア学習部が記憶するマトリクスデータの一例を示す図である。 筋電位の発生機構を説明する図である。 従来の筋電位検出回路の一例を示す概略図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る筋電位センサの概略構成図である。

図１に示すように、筋電位センサ１は、センサ部２と、信号処理部１０とを主に備える
。

センサ部２は、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）３と、ＦＰＣ３に設
けられた３つ以上の筋電位検出電極４と、筋電位検出電極４の周囲を囲むようにＦＰＣ３
に設けられたボディアース電極５とを有する。ここでは、ｎ個の筋電位検出電極４をＦＰ
Ｃ３に配置する場合を説明する。このセンサ部２は、衣服状の布状素材に固定され、検出
部位となる人体の皮膚表面に装着される部分である。

ＦＰＣ３は、積層基板からなり、内層に図示しない配線層を有する。本実施の形態では
、ＦＰＣ３は略矩形状に形成される。ＦＰＣ３の端部（図示右側の端部）には、ｎ個の筋
電位検出電極４に対応したｎ個の電極６が形成されており、各筋電位検出電極４は、ＦＰ
Ｃ３の配線層を介して、対応する電極６にそれぞれ電気的に接続される。

筋電位検出電極４は、ＦＰＣ３の中央部に整列して配置される。本実施の形態では、筋
電位検出電極４は、偶数行と奇数行（あるいは偶数列と奇数列）でオフセットさせて千鳥
構造に配置される。奇数行の筋電位検出電極４は、偶数行の筋電位検出電極４の中間（図
示横方向の中間）に位置するようにオフセットして配置される。ただし、筋電位検出電極
４の配置形状はこれに限定されず、例えば格子状に配置してもよいし、規則的に配置せず
ランダムに配置するようにしてもよい。

各筋電位検出電極４は、その電極形状が円形状（正面視で円形状）に形成される。検出
感度の観点から、筋電位検出電極４の電極長（直径）は５〜１０ｍｍ程度、隣り合う筋電
位検出電極４の電極中心間隔は１０〜２０ｍｍ程度であることが望ましい。

ボディアース電極５は、ＦＰＣ３に配置されたｎ個の筋電位検出電極４全体を囲むよう
に配置される。本実施の形態では、ボディアース電極５を、略矩形状のＦＰＣ３の各辺に
沿うようにそれぞれ配置された４つの長方形状の電極で構成した。

信号処理部１０は、センサ部２の各筋電位検出電極４から電位信号が入力され、当該電
位信号を基に筋電位を検出するものである。信号処理部１０には、センサ部２のｎ個の電
極６と対応したｎ個の電極１１が形成されており、電極６とその電極６に対応する電極１
１とは、細径同軸ケーブル７の中心導体によりそれぞれ電気的に接続される。細径同軸ケ
ーブル７は、図示していないが、中心導体の外周に、絶縁層、外部導体、シースを順次形
成したものであり、その外径は、例えば１６０μｍ程度である。細径同軸ケーブル７は、
取扱いを容易とするため、少なくともその一部がセンサ部２が固定される布状素材に縫い
付けられ、布状素材と一体とされることが望ましい。

細径同軸ケーブル７の外部導体はボディアース配線とされ、その一端がＦＰＣ３の配線
層を介してボディアース電極５に電気的に接続され、他端が後述する計装アンプ１３の基
準電位Ｖ_REF（例えば２．５Ｖ）と等電位に導通される。これにより、ボディアース電極
５が基準電位Ｖ_REFと等電位となり、ボディアース電極５を皮膚表面に接触させると、人
体の電位を基準電位Ｖ_REFと等電位とし、ハムノイズ等の空間を伝わって人体へ結合する
ノイズを抑制することができる。ボディアース電極５の面積（センサ部２を皮膚表面に装
着した際に皮膚表面に接触する面積）は、人体の電位を安定して基準電位Ｖ_REFと等電位
にできるよう、適宜な面積に設定される。

信号処理部１０は、上述のｎ個の電極１１と、そのｎ個の電極１１に対応したｎ個のバ
ッファアンプ１２と、２つのマルチプレクサＡ，Ｂと、計装アンプ１３と、Ａ／Ｄコンバ
ータ１４と、ＣＰＵとメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）からなる処理部１５と、有線通信用の出
力部１６と、無線通信用の無線ユニット１７とを備えている。

各電極１１は、対応するバッファアンプ１２にそれぞれ電気的に接続される。各バッフ
ァアンプ１２からの出力信号線は、分岐して２つのマルチプレクサＡ，Ｂの入力ポートに
それぞれ接続される。

マルチプレクサＡ，Ｂは、ｎ個の入力ポートと１個の出力ポートとを有し、ｎ個の入力
ポートから入力されたｎ個の信号（つまり、各筋電位検出電極４から電極６、細径同軸ケ
ーブル７、電極１１、バッファアンプ１２を介して入力された電位信号）のうち１つを選
択して、出力ポートから出力するものである。両マルチプレクサＡ，Ｂの出力ポートに接
続された出力信号線は、計装アンプ１３の入力端子にそれぞれ接続される。

計装アンプ１３は、２つの入力端子を有する差動アンプであり、それぞれの入力端子に
入力された信号の差、すなわち、マルチプレクサＡ，Ｂで選択された２つの筋電位検出電
極４の電位信号の電位差を増幅し、基準電位Ｖ_REFを中心に出力するものである。計装ア
ンプ１３には、図示していないが、ゲイン（高域通過特性）を調整するゲイン調整回路が
備えられる。

計装アンプ１３からの出力信号線は、Ａ／Ｄコンバータ１４に接続される。Ａ／Ｄコン
バータ１４は、計装アンプ１３から出力された電位差の信号をデジタル信号に変換するも
のである。Ａ／Ｄコンバータ１４の出力信号線は処理部１５に接続され、デジタル信号に
変換された電位差Ｖ_outの信号を処理部１５に出力するようにされる。

処理部１５には、有線通信用の出力部１６、無線通信用の無線ユニット１７への出力信
号線がそれぞれ接続され、処理部１５からの出力信号（筋電位の値を表す信号、あるいは
行われる動作を表す制御用信号。詳細は後述する。）を有線通信あるいは無線通信により
、外部機器（例えば義手やパワーアシストスーツなどの人体補助器具の制御装置、あるい
は生体計測用の端末など）に出力するようにされる。また、図示していないが、処理部１
５には、マルチプレクサＡ，Ｂを制御するための制御用信号線が接続されている。

なお、本発明の筋電位センサ１を、義手やパワーアシストスーツなどの人体補助器具に
適用する場合、当該人体補助器具の制御装置に信号処理部１０を組み込むようにしてもよ
い。この場合、無線ユニット１７は省略可能である。また、本発明の筋電位センサ１を、
生体計測やロボットの遠隔操作に適用する場合などは、有線通信用の出力部１６を省略し
て、無線通信用の無線ユニット１７のみとしてもよい。

さて、本実施の形態に係る筋電位センサ１では、信号処理部１０は、筋電位の検出に先
立ち、センサ部２を検出部位に装着して所定の動作を行った際に電位差が検出される筋電
位検出電極４のペアを検出し、当該筋電位検出電極４のペアを動作と関連付けて記憶する
電極ペア学習部１８と、電極ペア学習部１８で記憶した筋電位検出電極４のペア間の電位
差を検出し、筋電位の検出を行う筋電位検出部１９とを有している。これら電極ペア学習
部１８、筋電位検出部１９は、処理部１５のＣＰＵでプログラムを実行することにより実
現される。

本実施の形態では、信号処理部１０に（１）〜（５）の５つの設定スイッチ２０を設け
、この設定スイッチ２０のいずれかがオンとなっているとき、電極ペア学習部１８が学習
を行うようにした。５つの設定スイッチ２０には、用途に応じた動作がそれぞれ割り当て
られる。

電極ペア学習部１８は、設定スイッチ２０のいずれかがオンとなっているとき、マルチ
プレクサＡ，Ｂを制御することにより、所定の動作を行った際の、センサ部２における筋
電位検出電極４のペアの全ての組合せ（ｎ×（ｎ−１）／２通りの組合せ）について電位
差Ｖ_outを検出し、検出した電位差Ｖ_outが所定のしきい値よりも高い筋電位検出電極４の
ペアを、動作と関連付けてメモリ（ＲＡＭ）に記憶するようにされる。例えば、（１）の
設定スイッチ２０がオンとなっている場合、電極ペア学習部１８は、（１）の動作を行っ
たときに発生する電位差Ｖ_outが所定のしきい値よりも高くなった筋電位検出電極４のペ
アを、（１）の動作と関連付けてメモリに記憶する。

また、本実施の形態では、電極ペア学習部１８は、複数の動作（ここでは（１）〜（５
）の５つの動作）について、当該動作を行った際に電位差が検出される筋電位検出電極４
のペアを検出し、当該筋電位検出電極４のペアを動作と関連付けて記憶するようにされる
。

筋電位検出部１９は、設定スイッチ２０が全てオフとなっているときに、処理部１５の
メモリに記憶された筋電位検出電極４のペアを参照し、マルチプレクサＡ，Ｂを制御する
ことにより、電極ペア学習部１８でピックアップされた筋電位検出電極４のペアを用いて
筋電位の検出を行うようにされる。つまり、筋電位検出部１９は、電極ペア学習部１８で
ピックアップされた感度の良好な筋電位検出電極４のペアのみを用いて、筋電位の検出を
行うようにされる。筋電位検出部１９は、検出した筋電位の値を、有線通信用の出力部１
６、あるいは無線通信用の無線ユニット１７を介して、外部機器に出力するようにされて
もよい。

また、本実施の形態に係る筋電位センサ１では、信号処理部１０は、筋電位検出部１９
が検出した筋電位と、電極ペア学習部１８が記憶した筋電位検出電極４のペアと動作の関
係とを基に、行われる動作を予測する動作予測部２１をさらに備えている。動作予測部２
１は、上述の電極ペア学習部１８、筋電位検出部１９と同様に、処理部１５のＣＰＵでプ
ログラムを実行することにより実現される。

動作予測部２１は、筋電位検出部１９が筋電位を検出した筋電位検出電極４のペアと、
検出された電位差Ｖ_outの値と、電極ペア学習部１８がメモリに記憶した筋電位検出電極
４のペアと動作の関係とに基づき、行われる動作を予測する。なお、筋電位は筋肉が実際
に動く直前に検出されるので、動作予測部２１は、未来に行われる動作（行おうとしてい
る動作）を予測することになる。動作予測部２１は、予測した動作（この場合、（１）〜
（５）いずれかの動作）を基に制御用信号（制御用フレーム）を生成し、この制御用信号
を、有線通信用の出力部１６、あるいは無線通信用の無線ユニット１７を介して、外部機
器に出力するようにされる。

次に、筋電位センサ１の信号処理部１０における制御フローを図２〜４を用いて説明す
る。

まず、メインルーチンについて図２を用いて説明する。

図２に示すように、メインルーチンでは、まず、電極ペア学習部１８が、（１）〜（５
）の設定スイッチ２０のいずれかがＯＮであるかを判断する（ステップＳ１）。ステップ
Ｓ１にて、設定スイッチ２０のいずれかがＯＮである（ＹＥＳ）と判断された場合、学習
モードの制御を行い（ステップＳ２）、ステップＳ３に進む。ステップＳ１にて、設定ス
イッチ２０のいずれかがＯＮでない（ＮＯ）、すなわち、設定スイッチ２０がすべてオフ
であると判断された場合、学習モードの制御を行わずに、ステップＳ３に進む。ステップ
Ｓ３では、動作モードの制御を行う。動作モードの制御が終了すると、メインルーチンの
最初（ステップＳ１）に戻る（リターンする）。

次に、ステップＳ２の学習モードの制御について図３を用いて説明する。

なお、ここでは、義手の制御を行う場合を想定し、（１）〜（５）の設定スイッチ２０
には、次のような動作を割り当てることとする。
（１）親指の曲げ伸ばし
（２）人指し指の曲げ伸ばし
（３）中指の曲げ伸ばし
（４）薬指の曲げ伸ばし
（５）小指の曲げ伸ばし

図３に示すように、学習モードの制御では、まず、電極ペア学習部１８が、（１）の設
定スイッチ２０がＯＮであるかを判断する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１にて
、（１）の設定スイッチ２０がＯＮでない（ＮＯ）と判断された場合、ステップＳ２０６
に進む。

ステップＳ２０１にて、（１）の設定スイッチ２０がＯＮである（ＹＥＳ）と判断され
た場合、電極ペア学習部１８は、センサ部２における筋電位検出電極４のペアの全ての組
合せについて電位差Ｖ_outを測定する（ステップＳ２０２）。このとき、（１）の設定ス
イッチ２０に割り当てた動作（ここでは、親指の曲げ伸ばし）を行う（ステップＳ２０３
）と、（１）の動作に対応した電位差Ｖ_outが測定される。

その後、電極ペア学習部１８は、（１）の設定スイッチ２０がＯＦＦであるかを判断す
る（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４にて、（１）の設定スイッチ２０がＯＦＦで
ない（ＮＯ）と判断された場合、ステップＳ２０２に戻り、電位差Ｖ_outの測定を続行す
る。ステップＳ２０４にて、（１）の設定スイッチ２０がＯＦＦである（ＹＥＳ）と判断
された場合、ステップＳ２０２にて測定した電位差Ｖ_outの値を記憶し（ステップＳ２０
５）、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、電極ペア学習部１８が、（２）の設定スイッチ２０がＯＮであ
るかを判断する。ステップＳ２０６にて、（２）の設定スイッチ２０がＯＮでない（ＮＯ
）と判断された場合、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２０６にて、（２）の設定スイッチ２０がＯＮである（ＹＥＳ）と判断され
た場合、電極ペア学習部１８は、センサ部２における筋電位検出電極４のペアの全ての組
合せについて電位差Ｖ_outを測定する（ステップＳ２０７）。このとき、（２）の設定ス
イッチ２０に割り当てた動作（ここでは、人指し指の曲げ伸ばし）を行う（ステップＳ２
０８）と、（２）の動作に対応した電位差Ｖ_outが測定される。

その後、電極ペア学習部１８は、（２）の設定スイッチ２０がＯＦＦであるかを判断す
る（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９にて、（２）の設定スイッチ２０がＯＦＦで
ない（ＮＯ）と判断された場合、ステップＳ２０７に戻り、電位差Ｖ_outの測定を続行す
る。ステップＳ２０９にて、（２）の設定スイッチ２０がＯＦＦである（ＹＥＳ）と判断
された場合、ステップＳ２０７にて測定した電位差Ｖ_outの値を記憶し（ステップＳ２１
０）、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１では、電極ペア学習部１８が、（３）の設定スイッチ２０がＯＮであ
るかを判断する。ステップＳ２１１にて、（３）の設定スイッチ２０がＯＮでない（ＮＯ
）と判断された場合、ステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１１にて、（３）の設定スイッチ２０がＯＮである（ＹＥＳ）と判断され
た場合、電極ペア学習部１８は、センサ部２における筋電位検出電極４のペアの全ての組
合せについて電位差Ｖ_outを測定する（ステップＳ２１２）。このとき、（３）の設定ス
イッチ２０に割り当てた動作（ここでは、中指の曲げ伸ばし）を行う（ステップＳ２１３
）と、（３）の動作に対応した電位差Ｖ_outが測定される。

その後、電極ペア学習部１８は、（３）の設定スイッチ２０がＯＦＦであるかを判断す
る（ステップＳ２１４）。ステップＳ２１４にて、（３）の設定スイッチ２０がＯＦＦで
ない（ＮＯ）と判断された場合、ステップＳ２１２に戻り、電位差Ｖ_outの測定を続行す
る。ステップＳ２１４にて、（３）の設定スイッチ２０がＯＦＦである（ＹＥＳ）と判断
された場合、ステップＳ２１２にて測定した電位差Ｖ_outの値を記憶し（ステップＳ２１
５）、ステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１６では、電極ペア学習部１８が、（４）の設定スイッチ２０がＯＮであ
るかを判断する。ステップＳ２１６にて、（４）の設定スイッチ２０がＯＮでない（ＮＯ
）と判断された場合、ステップＳ２２１に進む。

ステップＳ２１６にて、（４）の設定スイッチ２０がＯＮである（ＹＥＳ）と判断され
た場合、電極ペア学習部１８は、センサ部２における筋電位検出電極４のペアの全ての組
合せについて電位差Ｖ_outを測定する（ステップＳ２１７）。このとき、（４）の設定ス
イッチ２０に割り当てた動作（ここでは、薬指の曲げ伸ばし）を行う（ステップＳ２１８
）と、（４）の動作に対応した電位差Ｖ_outが測定される。

その後、電極ペア学習部１８は、（４）の設定スイッチ２０がＯＦＦであるかを判断す
る（ステップＳ２１９）。ステップＳ２１９にて、（４）の設定スイッチ２０がＯＦＦで
ない（ＮＯ）と判断された場合、ステップＳ２１７に戻り、電位差Ｖ_outの測定を続行す
る。ステップＳ２１９にて、（４）の設定スイッチ２０がＯＦＦである（ＹＥＳ）と判断
された場合、ステップＳ２１７にて測定した電位差Ｖ_outの値を記憶し（ステップＳ２２
０）、ステップＳ２２１に進む。

ステップＳ２２１では、電極ペア学習部１８が、（５）の設定スイッチ２０がＯＮであ
るかを判断する。ステップＳ２２１にて、（５）の設定スイッチ２０がＯＮでない（ＮＯ
）と判断された場合、ステップＳ２２６に進む。

ステップＳ２２１にて、（５）の設定スイッチ２０がＯＮである（ＹＥＳ）と判断され
た場合、電極ペア学習部１８は、センサ部２における筋電位検出電極４のペアの全ての組
合せについて電位差Ｖ_outを測定する（ステップＳ２２２）。このとき、（５）の設定ス
イッチ２０に割り当てた動作（ここでは、小指の曲げ伸ばし）を行う（ステップＳ２２３
）と、（５）の動作に対応した電位差Ｖ_outが測定される。

その後、電極ペア学習部１８は、（５）の設定スイッチ２０がＯＦＦであるかを判断す
る（ステップＳ２２４）。ステップＳ２２４にて、（５）の設定スイッチ２０がＯＦＦで
ない（ＮＯ）と判断された場合、ステップＳ２２２に戻り、電位差Ｖ_outの測定を続行す
る。ステップＳ２２４にて、（５）の設定スイッチ２０がＯＦＦである（ＹＥＳ）と判断
された場合、ステップＳ２２２にて測定した電位差Ｖ_outの値を記憶し（ステップＳ２２
５）、ステップＳ２２６に進む。

ステップＳ２２６では、電極ペア学習部１８が、ステップＳ２０５，Ｓ２１０，Ｓ２１
５，Ｓ２２０，Ｓ２２５で記憶した電位差Ｖ_outの値を、（１）〜（５）の動作と関連付
けてメモリに記憶する。この電極ペア学習部１８が記憶する電位差Ｖ_outの値と動作との
関係を表すデータベースを、ここではマトリクスデータと呼称する。図５に、電極ペア学
習部１８が記憶するマトリクスデータの一例を示す。

図５のマトリクスデータでは、例えば、（１）の動作を行ったときに、１番の筋電位検
出電極４と３番の筋電位検出電極４との間で小さい電位差Ｖ_outが測定され、かつ、２番
の筋電位検出電極４と３番の筋電位検出電極４との間で大きい電位差Ｖ_outが測定された
ことを表している。電極ペア学習部１８は、予め設定した２段階のしきい値Ｘ，Ｙ（Ｘ＞
Ｙ）と、記憶した電位差Ｖ_outの値とを比較し、Ｙ＞Ｖ_outである場合はマトリクスデータ
を更新せず、Ｘ＞Ｖ_out≧Ｙである場合は「小」、Ｘ≦Ｖ_outである場合は「大」とマトリ
クスデータを更新する。しきい値Ｘ，Ｙについては、筋電位検出電極４の検出感度等を考
慮して適宜設定すればよい。

なお、本実施の形態では、マトリクスデータにおいて電位差Ｖ_outを大小の２段階で表
示しているが、これに限らず、電位差Ｖ_outを１段階あるいは３段階以上で表示するよう
にしてもよい。また、センサ部２に配置する筋電位検出電極４の数が少ない場合などは、
しきい値を設定せずに、検出した全ての電位差Ｖ_outをマトリクスデータに記憶するよう
にしてもよい。

ステップＳ２２６にてマトリクスデータを更新した後、電極ペア学習部１８は、更新し
たマトリクスデータに基づき、マルチプレクサＡ，Ｂのチャネルを決定する（ステップＳ
２２７）。具体的には、図５のマトリクスデータが得られた場合、（１）〜（５）いずれ
の動作であるかは関係なく、電位差Ｖ_outが「大」または「小」である全ての筋電位検出
電極４のペア、すなわち、１番と２番、１番と３番、１番と５番、１番とｎ番、２番と３
番、・・・の筋電位検出電極４のペアが検出対象となり、これらの筋電位検出電極４のペ
アに対応してマルチプレクサＡ，Ｂのチャネルが決定され、メモリに記憶される。マルチ
プレクサＡ，Ｂのチャネルを決定した後、処理を終了する。

次に、ステップＳ３の動作モードの制御について図４を用いて説明する。

図４に示すように、動作モードの制御では、まず、筋電位検出部１９が、学習モードに
て電極ペア学習部１８により決定された全てのマルチプレクサＡ，Ｂのチャネル（筋電位
検出電極４のペア）について電位差Ｖ_outを測定し、電位差Ｖ_outが検出されたかを判断す
る（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１において、電位差Ｖ_outが検出されない（Ｎ
Ｏ）と判断された場合、処理を終了する。

ステップＳ３０１において、電位差Ｖ_outが検出された（ＹＥＳ）と判断された場合、
動作予測部２１が、筋電位検出部１９が筋電位を検出した筋電位検出電極４のペアと、検
出された電位差Ｖ_outの値と、図５のマトリクスデータとに基づき、行われる動作を決定
（予測）する（ステップＳ３０２）。この場合、動作予測部２１は、（１）〜（５）いず
れの動作が行われるかを予測することになる。

その後、動作予測部２１は、決定（予測）した動作（この場合、（１）〜（５）いずれ
かの動作）を基に制御用信号（制御用フレーム）を生成し、この制御用信号を、有線通信
用の出力部１６、あるいは無線通信用の無線ユニット１７を介して、外部機器に出力する
（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３にて制御用信号を外部出力した後、処理を終了
する。

以上説明したように、本実施の形態に係る筋電位センサ１では、筋電位検出電極４を３
つ以上備えたセンサ部２と、センサ部２の各筋電位検出電極４から電位信号が入力され、
当該電位信号を基に筋電位を検出する信号処理部１０とを備えており、その信号処理部１
０が、筋電位の検出に先立ち、センサ部２を検出部位に装着して所定の動作を行った際に
電位差が検出される筋電位検出電極４のペアを検出し、当該筋電位検出電極４のペアを動
作と関連付けて記憶する電極ペア学習部１８と、電極ペア学習部１８で記憶した筋電位検
出電極４のペア間の電位差Ｖ_outを検出し、筋電位の検出を行う筋電位検出部１９とを有
している。

これにより、センサ部２を検出部位に装着した際に、筋電位検出電極４の位置が最適な
位置から多少ずれた場合であっても、いずれかの筋電位検出電極４のペアで筋電位が測定
できるようになり、筋電位を感度よく検出することが可能になる。よって、筋電位センサ
１では、検出部位のおおまかな位置にセンサ部２を装着するのみで筋電位の検出が可能と
なり、その結果、従来の筋電位センサと比較して検出部位へのセンサ部２の装着を容易に
し、取扱いを容易にすることができる。

また、筋電位センサ１では、センサ部２に配置した各筋電位検出電極４を任意に組み合
わせて筋電位を検出することが可能となるため、さまざまな検出方向で筋電位を検出でき
る。よって、筋繊維に対する角度などを考慮してセンサ部２を装着する必要がなくなり、
検出部位へのセンサ部２の装着がより容易になる。

さらに、最適な筋電位検出電極４の位置（検出位置）には個人差があるが、筋電位セン
サ１によれば、検出部位のおおまかな位置にセンサ部２を装着するのみで筋電位の検出が
可能となるため、誰にでも利用できる汎用性の高い筋電位センサ１を実現できる。

また、筋電位センサ１では、筋電位検出部１９が検出した筋電位と、電極ペア学習部１
８が記憶した筋電位検出電極４のペアと動作の関係とを基に、行われる動作を予測する動
作予測部２１をさらに備えている。

筋電位センサ１では、上述のように、センサ部２に配置した各筋電位検出電極４を任意
に組み合わせて筋電位を検出しており、さまざまな検出位置、検出方向での筋電位を検出
できるため、人体の筋肉を動かすための神経パルスが細かく区分でき、動作させようとし
ている人体の部位を特定することができる。

つまり、筋電位センサ１によれば、さまざまな検出位置、検出方向の筋電位を検出する
ことにより、人体動作部位を細かく判定することができる。

さらに、筋電位センサ１では、筋電位検出電極４の電極形状を円形状に形成しているた
め、全ての角度方向で筋電位を検出でき、検出方向の違いにより検出する筋電位の値が変
わることがない。

また、筋電位センサ１では、ボディアース電極５を筋電位検出電極４の周囲を囲むよう
に設けているため、ボディアース電極５の面積（センサ部２を皮膚表面に装着した際に皮
膚表面に接触する面積）を確保することが可能となり、人体の電位を安定して基準電位Ｖ
_REFと等電位にできる。

さらに、筋電位センサ１では、センサ部２と信号処理部１０とを、各筋電位検出電極４
と対応した複数の細径同軸ケーブル７により電気的に接続し、細径同軸ケーブル７の外部
導体をボディアース配線としている。

筋電位は微弱な信号であり、従来の筋電位センサでは、ノイズによる影響を低減するた
めに、筋電位検出電極に近接して信号増幅器（計装アンプ）を配置する必要があった。し
かし、この場合、センサヘッド（センサ部）が大きくなり、また電源線を配線する必要が
あるため、取扱い難いという問題があった。

これに対して本実施の形態に係る筋電位センサ１では、センサ部２から信号処理部１０
までの配線に細径同軸ケーブル７を用いているため、筋電位検出電極４で検出した電位信
号を、ノイズを混入させることなく信号処理部１０まで到達させることができる。よって
、センサ部２を小型化でき、取扱いを容易とすることができ、さらには、センサ部２と信
号処理部１０間の配線を長く伸ばし、センサ部２と信号処理部１０を離して配置すること
が可能になる。

また、筋電位センサ１では、細径同軸ケーブル７の外部導体をボディアース配線として
いるため、細径同軸ケーブル７の外部導体にて外部から混入するノイズを遮断すると共に
、ボディアース配線を兼ねることができ、配線のコンパクト化を図ることができる。

さらに、筋電位センサ１では、センサ部２を布状素材に固定し、少なくとも細径同軸ケ
ーブル７の一部を布状素材に縫い付けているため、着脱が容易なウェアラブル構成の筋電
位センサ１を実現できる。

上記実施の形態では、（１）〜（５）の５つの設定スイッチ２０を設けた場合を説明し
たが、設定スイッチ２０の数はこれに限らず、任意の数としてもよい。

また、上記実施の形態では、設定スイッチ２０のいずれかがオンとなっているときに学
習モードの制御を行う場合を説明したが、これに限らず、例えば、電源投入時に自動的に
学習モードの制御を行うようにするなど、学習モードの制御を開始するトリガーについて
は任意に設定してよい。

さらに、上記実施の形態では、学習モードの制御において、センサ部２における筋電位
検出電極４のペアの全ての組合せについて電位差Ｖ_outを検出するようにしたが、センサ
部２に多数の筋電位検出電極４が配置される場合などは、例えば、距離が離れており検出
する電位差Ｖ_outが所定のしきい値（上記実施の形態においてはしきい値Ｙ）よりも小さ
くなることが予想される筋電位検出電極４のペアや、検出方向が他の筋電位検出電極４の
ペアと重なる筋電位検出電極４のペアについては、学習モードの制御において電位差Ｖ_ou
tを検出しないようにし、検出時間（学習時間）を短縮するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施の形態では、筋電位検出電極４として電極形状が円形状のものを
用いたが、これに限らず、例えば電極形状が楕円形状のものを用いてもよい。

また、上記実施の形態では、ＦＰＣ３として配線層を有する積層構造のものを用い、筋
電位検出電極４と細径同軸ケーブル７とを、配線層と電極６を介して電気的に接続する場
合を説明したが、筋電位検出電極４と細径同軸ケーブル７とを直接電気的に接続するよう
にしてもよい。

このように、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 筋電位センサ
２ センサ部
３ フレキシブルプリント基板
４ 筋電位検出電極
５ ボディアース電極
７ 細径同軸ケーブル
１０ 信号処理部
１２ バッファアンプ
１３ 計装アンプ
１４ Ａ／Ｄコンバータ
１５ 処理部
１８ 電極ペア学習部
１９ 筋電位検出部
２１ 動作予測部

Claims (7)

1. ２つの筋電位検出電極の電位差を検出することにより、筋電位を検出する筋電位センサ
   において、
   前記筋電位検出電極を３つ以上備えたセンサ部と、該センサ部の各筋電位検出電極から
   電位信号が入力され、当該電位信号を基に筋電位を検出する信号処理部とを備え、
   前記信号処理部は、
   筋電位の検出に先立ち、前記センサ部を検出部位に装着して所定の動作を行った際に電
   位差が検出される前記筋電位検出電極のペアを検出し、当該筋電位検出電極のペアを動作
   と関連付けて記憶する電極ペア学習部と、
   該電極ペア学習部で記憶した前記筋電位検出電極のペア間の電位差を検出し、筋電位の
   検出を行う筋電位検出部と、を有することを特徴とする筋電位センサ。
2. 前記電極ペア学習部は、複数の動作について、当該動作を行った際に電位差が検出され
   る前記筋電位検出電極のペアを検出し、当該筋電位検出電極のペアを動作と関連付けて記
   憶するようにされ、
   前記信号処理部は、前記筋電位検出部が検出した筋電位と、前記電極ペア学習部が記憶
   した前記筋電位検出電極のペアと動作の関係とを基に、行われる動作を予測する動作予測
   部をさらに備える請求項１記載の筋電位センサ。
3. 前記電極ペア学習部は、所定の動作を行った際の、前記センサ部における前記筋電位検
   出電極のペアの全ての組合せについて電位差を検出し、検出した電位差が所定のしきい値
   よりも高い前記筋電位検出電極のペアを、動作と関連付けて記憶するようにされる請求項
   １または２記載の筋電位センサ。
4. 前記筋電位検出電極は、その電極形状が円形状に形成される請求項１〜３いずれかに記
   載の筋電位センサ。
5. 前記センサ部は、
   フレキシブルプリント基板と、
   該フレキシブルプリント基板に設けられた３つ以上の前記筋電位検出電極と、
   該筋電位検出電極の周囲を囲むように前記フレキシブルプリント基板に設けられたボデ
   ィアース電極と、を有する請求項１〜４いずれかに記載の筋電位センサ。
6. 前記センサ部と前記信号処理部とは、前記各筋電位検出電極と対応した複数の細径同軸
   ケーブルにより電気的に接続され、前記細径同軸ケーブルの外部導体をボディアース配線
   とした請求項１〜５いずれかに記載の筋電位センサ。
7. 前記センサ部が布状素材に固定され、少なくとも前記細径同軸ケーブルの一部が前記布
   状素材に縫い付けられた請求項６記載の筋電位センサ。

Images