JP2013119001A - 筋疲労評価装置、システム、方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を効率的に行う筋疲労評価装置、システム、方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】近赤外光照射部１ａは異なる波長の近赤外光を生体の筋組織に照射し、光検出部１ｂは筋組織からの反射光を検出し、信号生成部１ｃは反射光の光強度に対応して筋組織中の血液における酸素化・還元ヘモグロビン濃度を表す第１，２の信号を生成し、推移情報生成部２ａは第１，２の信号の生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後における変化の推移を示す推移情報を生成し、状態推移検知部２ｂは推移情報に基づき第１，２の信号の変化推移により生体の動作開始前、動作中、動作終了を判定し、演算部２ｃは生体動作終了時点から時間ｔの経過後に第１，２の信号の値の差を演算し、疲労判断部２ｄは演算された差が所定の値より大きければ筋組織が疲労していると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、近赤外分光法（Near-infrared Spectroscopy、以下「ＮＩＲＳ法」と称す）を用いた筋疲労評価装置、システム、方法、及びプログラムに係り、特に、動作に伴う筋疲労状態の評価を効率的に行うのに好適な筋疲労評価装置、システム、方法、及びプログラムに関する。

ＮＩＲＳ法は、測定する対象に近赤外線を照射して、近赤外線の対象への吸光度の変化を測定し、この変化によって対象の成分分析を行う間接的な測定方法である。ＮＩＲＳ法の用途は広く、食品の成分分析や、宇宙の天体の組成分析にも使われ、特に医療分野において多く利用されている。

医療分野の利用としては、医薬品の成分分析はもとより、近赤外線が皮膚に遮られないという特性を活かし、生体組織内における吸光度の変化を計測する非侵襲計測方法として種々の技術が開示されている。

例えば、特許文献１においては、ＮＩＲＳ法を疲労診断に適用する方法が提案されており、血液に赤外線を照射して当該赤外線が吸収される波長のパターンで、患者が慢性疲労症候群かどうかを判定する方法が提案されている。

また、特許文献２においては、ＮＩＲＳ法を採用した簡便な構成で、ユーザが痛みなく無意識のうちに疲労度を測定でき、ユーザに疲労状態を通知することが可能な腕時計型携帯端末などが開示されている。

一方、局所的な筋疲労の評価については、例えば、特許文献３に記載のように、表面筋電図が利用されている。この表面筋電図による筋疲労評価は、表面筋電位の大きさによる筋使用量の評価と、高速フーリエ変換を用いて算出された筋電位のパワースペクトルの平均周波数変化に基づいている。

しかしながら、特許文献３に開示されている表面筋電位による局所的な筋疲労評価は、測定部に複数の筋肉組織が密集している場合に、浅層の筋肉の筋電位測定することは容易であるが、深層の筋肉に対しては筋電位を測定しがたい。したがって、例えば大腿部などの複数層の筋肉組織が浅層から深層にわたって存在する部位に対して筋疲労評価ができないおそれがあった。

これに対して、特許文献４、特許文献５、及び非特許文献１においては、前記したＮＩＲＳ法をこの局所的な筋疲労評価に適用する非侵襲計測技術も提案されている。すなわち、これらの文献には、生体組織内のヘモグロビン（Ｈｂ）が、酸素との結合状態により近赤外光の吸収特性が異なることを利用して、生体組織内のヘモグロビンの酸化状態と還元状態における吸光度の変化を計測することで非観血的に血中酸素動態を計測する、ＮＩＲＳ法による筋疲労評価技術が開示されている。

ＷＯ ２００６／１２３６１１ Ａ１ 特開２０１１−１８３００５号公報 特開２００３−１６９７８２号公報 特開２００１−２７６００５号公報 特開２０１０−２５３１４１号公報

千葉大学人間生活工学研究室修論概要（2003）「表面筋電図、筋音図および筋血液動態に及ぼす収縮強度と疲労の影響」千葉大学人間生活工学教育研究分野：吉野 智佳子

しかしながら、特許文献４、特許文献５、及び非特許文献１に開示されているＮＩＲＳ法による筋疲労評価では、人の動作中における酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの疲労による変化傾向の差異は明らかにされているが、動作の後の当該動作に伴う筋疲労の状態を定量的に評価することはできない、という問題点があった。

例えば、スポーツ選手のトレーニングやリハビリテーションにおいては、過剰な負荷による筋疲労を抑えることが有効であり、そのためには、個々の選手別に、トレーニングやリハビリテーション等の運動に伴う当該運動の後の筋疲労の状態を定量的に評価し、その評価結果を当該選手のトレーニングやリハビリテーション等に反映させることが求められる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行う筋疲労評価装置、システム、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の筋疲労評価装置は、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、前記生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された差または比に基づいて、前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価手段と、を備えている。

このように、請求項１に記載の筋疲労評価装置によれば、演算手段により、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、前記生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比が演算され、評価手段により、前記演算手段で演算された差または比に基づいて、前記生体の筋組織の疲労度が評価される。

このように、請求項１に記載の筋疲労評価装置によれば、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、演算した差または比に基づいて、生体の筋組織の疲労度を評価しているので、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度とを近赤外光を用いて計測するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項３に記載の筋疲労評価装置は、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射手段と、前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成手段と、前記信号生成手段で生成された前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度を評価する評価手段と、を備えている。

このように、請求項３に記載の筋疲労評価装置によれば、照射手段により、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源が発光されて前記生体の筋組織に照射され、検出手段により、前記筋組織からの反射光の光強度が検出され、信号生成手段により、前記検出手段で検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号が生成され、演算手段により、前記信号生成手段で生成された前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比が演算され、評価手段により、前記演算手段で演算された差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度が評価される。

このように、請求項３に記載の筋疲労評価装置によれば、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射し、前記筋組織からの反射光の光強度を検出すると、検出した前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成し、生成した前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比を演算し、演算した差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度を評価するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

なお、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記比は、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、前記評価手段は、前記差または比が大きいほど前記疲労度が高いと評価する。

また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記近赤外光を、波長が４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内の互いに波長が異なる複数の近赤外光とした。

また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記所定時間を、５０秒〜１００秒の範囲内とした。

一方、上記目的を達成するために、請求項７に記載の筋疲労評価システムは、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを計測する計測装置と、前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、前記計測装置で計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価装置と、を備えている。

このように、請求項７に記載の筋疲労評価システムによれば、計測装置により、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とが計測され、評価装置により、前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、前記計測装置で計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比が演算され、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度が評価される。

このように、請求項７に記載の筋疲労評価システムによれば、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを計測し、前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度を評価するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

なお、本発明は、請求項８に記載の発明のように、前記比は、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、前記評価装置は、前記差または比が大きいほど前記疲労度が高いと評価する。

なお、本発明は、請求項９に記載の発明のように、前記計測装置は、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射手段、前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出手段、前記検出手段で検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成手段、及び前記信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号とを送信する送信手段、を備え、前記評価装置は、前記信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号を受信する受信手段、前記受信手段で受信した前記第１の信号と前記第２の信号の、前記生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後に推移を示す推移情報を生成する推移情報生成手段、前記推移情報生成手段で生成された前記推移情報に基づき、前記第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより前記動作開始前の状態から前記動作中の状態に変化したことを検知した後に、前記第１の信号と前記第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、前記動作終了の状態に変化したことを検知する状態推移検知手段、前記状態推移検知手段で前記動作終了の状態に変化したことを検知した時点から前記所定時間経過後に、前記第１の信号の値と前記第２の信号の値との差または値の大きい信号の値の小さい信号に対する比を演算する演算手段、及び前記演算手段で演算された差または比が予め定められた値より大きい場合、前記生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断する疲労判断手段を備えた構成とする。

このように、請求項９に記載の筋疲労評価装置によれば、前記計測装置において、照射手段により、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源が発光されて前記生体の筋組織に照射され、検出手段により、前記筋組織からの反射光の光強度が検出され、信号生成手段により、前記検出手段で検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号が生成され、送信手段により、前記信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号とが送信され、また、前記評価装置において、受信手段により、前記信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号が受信され、推移情報生成手段により、前記受信手段で受信された前記第１の信号と前記第２の信号の、前記生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後に推移を示す推移情報が生成され、状態推移検知手段により、前記推移情報生成手段で生成された前記推移情報に基づき、前記第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより前記動作開始前の状態から前記動作中の状態に変化したことを検知した後に、前記第１の信号と前記第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、前記動作終了の状態に変化したことが検知され、演算手段により、前記状態推移検知手段で前記動作終了の状態に変化したことを検知した時点から前記所定時間経過後に、前記第１の信号の値と前記第２の信号の値との差または値の大きい信号の値の小さい信号に対する比が演算され、疲労判断手段により、前記演算手段で演算された差または比が予め定められた値より大きい場合、前記生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断される。

このように、請求項９に記載の筋疲労評価装置によれば、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射し、前記筋組織からの反射光の光強度を検出し、検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成し、生成された前記第１の信号と前記第２の信号とを送信し、信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号を受信し、受信した前記第１の信号と前記第２の信号の、前記生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後に推移を示す推移情報を生成し、生成された前記推移情報に基づき、前記第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより前記動作開始前の状態から前記動作中の状態に変化したことを検知した後に、前記第１の信号と前記第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、前記動作終了の状態に変化したことを検知し、前記動作終了の状態に変化したことを検知した時点から前記所定時間経過後に、前記第１の信号の値と前記第２の信号の値との差または値の大きい信号の値の小さい信号に対する比を演算し、演算された差または比が予め定められた値より大きい場合、前記生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

また、本発明の筋疲労評価装置は、請求項１０に記載の発明のように、前記近赤外光を、波長が４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内の互いに波長が異なる複数の近赤外光とした。

また、本発明の筋疲労評価装置は、請求項１１に記載の発明のように、前記所定時間を、５０秒〜１００秒の範囲内とした。

一方、上記目的を達成するために、請求項１２に記載の筋疲労評価方法は、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、前記生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算する演算ステップと、前記演算ステップで演算された差または比に基づいて、前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価ステップと、を含む。

このように、請求項１２に記載の筋疲労評価方法によれば、演算ステップにより、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、前記生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比が演算され、評価ステップにより、前記演算ステップで演算された差または比に基づいて、前記生体の筋組織の疲労度が評価される。

このように、請求項１２に記載の筋疲労評価方法によれば、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、演算した差または比に基づいて、生体の筋組織の疲労度を評価しているので、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

なお、本発明の筋疲労評価方法は、請求項１３に記載の発明のように、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度とを近赤外光を用いて計測するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項１４に記載の筋疲労評価方法は、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射ステップと、前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成ステップと、前記信号生成ステップで生成された前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比を演算する演算ステップと、前記演算ステップで演算された差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度を評価する評価ステップと、を含む。

このように、請求項１４に記載の筋疲労評価方法によれば、照射ステップにより、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源が発光されて前記生体の筋組織に照射され、検出ステップにより、前記筋組織からの反射光の光強度が検出され、信号生成ステップにより、前記検出ステップで検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号が生成され、演算ステップにより、前記信号生成ステップで生成された前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比が演算され、評価ステップにより、前記演算ステップで演算された差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度が評価される。

このように、請求項１４に記載の筋疲労評価方法によれば、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射し、前記筋組織からの反射光の光強度を検出すると、検出した前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成し、生成した前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比を演算し、演算した差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度を評価するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項１５に記載の筋疲労評価方法は、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを計測する計測ステップと、前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、前記計測ステップで計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価ステップと、を含む。

このように、請求項１５に記載の筋疲労評価方法、計測ステップにより、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とが計測され、評価ステップにより、前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、前記計測装置で計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比が演算され、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度が評価される。

このように、請求項１５に記載の筋疲労評価方法によれば、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを計測し、前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度を評価するので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

なお、本発明は、請求項１６に記載の発明のように、前記比は、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、前記評価装置は、前記差または比が大きいほど前記疲労度が高いと評価する。

なお、本発明の請求項１７に記載の筋疲労評価方法は、前記計測ステップは、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射ステップ、前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出ステップ、前記検出ステップで検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成ステップ、及び前記信号生成ステップで生成された前記第１の信号と前記第２の信号とを送信する送信ステップ、を含み、前記評価ステップは、前記送信ステップで生成された前記第１の信号と前記第２の信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信された前記第１の信号と前記第２の信号の、前記生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後における推移を示す推移情報を生成する推移情報生成ステップ、前記推移情報生成ステップで生成された前記推移情報に基づき、前記第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより前記動作開始前の状態から前記動作中の状態に変化したことを検知した後に、前記第１の信号と前記第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、前記動作終了の状態に変化したことを検知する状態推移検知ステップ、前記状態推移検知ステップで前記動作終了の状態に変化したことを検知した時点から前記所定時間経過後に、前記第１の信号の値と前記第２の信号の値との差または比を演算する演算ステップ、及び前記演算ステップで演算された差または比が予め定められた値より大きい場合、前記生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断する疲労判断ステップを含む。

一方、上記目的を達成するために、請求項１８に記載のプログラムは、コンピュータを、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の筋疲労評価装置として機能させるためのプログラムであり、このプログラムをコンピュータに実行させることにより、動作に伴う筋疲労状態の評価を効率的に行うことができる。

本発明によれば、生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、演算した差または比に基づいて、生体の筋組織の疲労度を評価しているので、ＮＩＲＳ法を用いて、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

実施の形態に係る筋疲労評価システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムのコンピュータ構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムの使用例を示す構成図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価処理結果の一例を示す説明図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価処理結果の他の例を示す説明図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価処理結果の他の例を示す説明図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価処理結果の他の例を示す説明図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価方法の血色素計測処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価方法の筋疲労評価処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価処理結果の出力画面を示す説明図である。 実施の形態に係る筋疲労評価システムによる筋疲労評価処理結果の他の出力画面を示す説明図である。 実施の形態に係る筋疲労評価装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る筋疲労評価装置のコンピュータ構成例を示すブロック図である。

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。本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０は、図１に示される機能的な構成を備えており、図２に示されるコンピュータのハードウェア構成を有している。そこで、まず、図２を参照してコンピュータの構成を説明する。

図２に示す本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０は、血色素計測装置１と評価装置２を含んで構成されており、血色素計測装置１と評価装置２のそれぞれはコンピュータ装置の構成となっている。

評価装置２は、プログラムに基づき筋疲労評価システム１０の本実施の形態に係る処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit；中央処理装置）２２と、ＣＰＵ２２による図９のフローチャートで処理ルーチンを示す各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）２４と、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）２６と、各種情報を記憶するために用いられるハードディスク２８（図中、「ＨＤＤ」２８と記載）と、キーボード１４、マウス１６、及びディスプレイ１８と、外部に接続された装置との間の各種情報の授受を司る送受信部２０と、を備えており、これらがシステムバスＢＵＳ１により相互に接続されて構成されている。ここで、送受信部２０には、ＮＩＲＳ用プローブ等からなる血色素計測装置１が接続されている。

ＣＰＵ２２は、ＲＡＭ２４、ＲＯＭ２６、及びハードディスク２８に対するアクセス、キーボード１４及びマウス１６を介した各種情報の取得、ディスプレイ１８に対する各種情報の表示、及び送受信部２０に接続された血色素計測装置１からの信号入力等を、各々行うことができる。

ＣＰＵ２２が、ハードディスク２８に記憶された本発明に係る筋疲労評価方法としての処理を制御するプログラムを、ＲＡＭ２４に読み込み実行することにより、図１に示す本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０における、図１に示す評価装置２を構成する各処理部の機能が実行される。

血色素計測装置１も、同様に、ＣＰＵ４２、ＲＡＭ４４、ＲＯＭ４６、及び送受信部４０と、を備えており、これらがシステムバスＢＵＳ２により相互に接続されて構成されている。さらに、血色素計測装置１においては、ＬＥＤ等のそれぞれ異なる波長の近赤外光を発光する光源１ａ１と光源１ａ２、光源１ａ１と光源１ａ２が照射された筋組織からの反射光を受光するＣＣＤ等の受光部１ｂ１と受光部１ｂ２を備えている。

ＣＰＵ４２は、ＲＡＭ４４、及びＲＯＭ４６に対するアクセス、光源１ａ１と光源１ａ２の制御、受光部１ｂ１と受光部１ｂ２からの信号の入力、当該信号の送受信部４０を介しての評価装置２への送信等を、各々行うことができる。

ＣＰＵ４２が、ＲＯＭ４６等に記憶された処理を制御するプログラムを、ＲＡＭ４４に読み込み実行することにより、図１に示す本実施の形態に係る血色素計測装置１における近赤外光照射部１ａ、光検出部１ｂ、及び信号生成部１ｃの各機能が実行される。

このような構成の血色素計測装置１と評価装置２を含み、図１に示す本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０が構成されている。なお、図１は機能ブロックとなる構成を表し、一方、図２はデバイス等の接続状態を表すものである。前記したように、機能ブロックとデバイス等とは有機的、かつ相互に関連して筋疲労評価システムを構成するため、図２と共に図１についても詳細に説明する。

血色素計測装置１は、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を計測するものであり、市販のＮＩＲＳ用プローブを用いることができる。

評価装置２は、生体の動作終了から所定時間（ｔ）経過後に計測された、生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差を演算して、当該差に基づいて、生体の筋組織の疲労度を評価する。

本実施の形態では、酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを近赤外光を用いて計測する。

近赤外光照射部１ａは、それぞれ異なる波長の近赤外光、例えば、７７０ｎｍと８４０ｎｍ等の４００ｎｍ〜２５００ｎｍの間の波長の近赤外光を発光する２つの光源１ａ１、１ａ２を発光させて処理対象の生体の筋組織に照射し、光検出部１ｂは、筋組織からの反射光を検出して、当該反射光の光強度を示す信号を出力し、信号生成部１ｃは、光検出部１ｂから出力された信号により示される光強度に対応して、筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号とを生成し、図２に示す送受信部４０を介して評価装置２に送信する。

一方、評価装置２は、図２におけるＣＰＵ２２による図９のフローチャートで示すプログラムに基づく処理で実現される機能として、推移情報生成部２ａ、状態推移検知部２ｂ、演算部２ｃ、及び疲労判断部２ｄを備えている。

推移情報生成部２ａは、送受信部２０で受信した、血色素計測装置１の信号生成部１ｃで生成され送受信部２０から送信された第１の信号と第２の信号の、評価対象とする生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後における推移を示す推移情報を生成する。

状態推移検知部２ｂは、推移情報生成部２ａで生成された推移情報に基づき、第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより動作開始前の状態から動作中の状態に変化したことを検知した後に、第１の信号と第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、動作終了の状態に変化したことを検知する。

演算部２ｃは、状態推移検知部２ｂで動作終了の状態に変化したことを検知した時点から所定時間（ｔ）経過後に、第１の信号の値と第２の信号の値との差を演算する。

疲労判断部２ｅは、演算部２ｄで演算された差が予め定められた値より大きい場合、生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断する。あるいは、例えば、予め第１，第２の閾値を定めておき、演算された差が第１の閾値より小さい場合には疲労していないと判断し、差が第１の閾値以上で第２の閾値以下の場合には疲労が少ないと判断し、差が第２の閾値より大きい場合には疲労が激しいと判断することでもよい。

なお、上述したように、血色素計測装置１は、市販のＮＩＲＳ用プローブを用いることができるものであり、ここでは、その近赤外光を用いて非観血的に血中酸素動態を測定する動作を簡単に説明し、本例における使用方法を説明する。

一般的にＮＩＲＳは頭蓋骨内の脳活動をイメージングするために用いられる。ＮＩＲＳは近赤外光を測定部位に通過させ、次の式（１）により表されるランベルト・ベールの法則（Lambert-Beer law）に基づき、血中酸素動態を算出する。

上記式（１）において、Ｉinは対象溶液への入射光、Ｉoutは対象溶液からの透過光、Ｄは光の通過距離、εは溶液の吸光係数であり、これらから濃度Ｃが算出できる。ＮＩＲＳでは血中酸素濃度動態、すなわち、血中のヘモグロビンの状態を計測するので、ランベルト・ベールの法則を拡張し、散乱のある媒体に適応した次の式（２）により表されるモデファイド・ランベルト・ベール則（Modified Lambert-Beer law）を用いる。

上記式（２）においてΔＩoutは透過光量変化、ΔＣは濃度変化、Ｄは平均光路長、ΔＳは散乱による影響変化を意味する。

本例では、Spectratech inc.製の光イメージング脳機能測定装置（Spectratech OEG-16）（登録商標）を使用する。本装置では７７０ｎｍと８４０ｎｍの２波長の近赤外線吸収係数を使用し、血中酸素化ヘモグロビンの濃度長変化ΔＣｏｘy・Ｄと血中還元ヘモグロビンの濃度長変化ΔＣｄｏｘy・Ｄを算出する。

上述のように、一般的には、ＮＩＲＳは頭部にプローブを複数組取り付け、脳内の血中酸素動態を計測するが、本例では、頭部ではなく、対象筋肉上の皮膚にＮＩＲＳ用プローブを１組取り付け、局所筋肉の血中酸素動態を計測する。

本例では、一例として図３に示すように、被験者３１の上腕二頭筋の中央部に、血色素計測装置１としてのＮＩＲＳ用のプローブ３０ａを図示しない筋電計（ＥＭＧ）と共に取り付け、被験者３１は、椅子３３に座り、腕を下ろした状態でダンベル３２を持ち、肘を９０度屈曲してダンベル上げを行う。

本例では、何も持たない安静状態を６０秒間維持した後、ダンベル上げ下げ動作を３秒間隔で４０回行い（１２０秒）、その後ダンベル３２を離し、動作開始前と同様の安静状態を２分（１２０秒）程継続する。また、使用するダンベル３２は２．５ｋｇと５．０ｋｇの２種類で、被験者は２０代の成人男性４人（Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗ）とする。

このような条件で動作した際の、筋疲労評価システム１０における血色素計測装置１の信号生成部１ｃにより生成される筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号の、評価装置２の推移情報生成部２ａで生成される推移情報で示される変化の推移状態の例を図４と図５に示す。

図４と図５は共に、同じ被験者Ｘに対する計測結果を示しており、図４は、２．５ｋｇのダンベル３２を用いた場合の運動を行った際の酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度の変化の推移状態を示し、図５は、５．０ｋｇのダンベル３２を用いた場合の運動を行った際の酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度の変化の推移状態を示している。なお、図４、図５に示す「ＡＲＶ」は、筋電計（ＥＭＧ）で取得された表面筋電位（整流平滑化電位）である。

図４及び図５において、図中のＡ領域はダンベル運動の動作開始前（６０秒間）であり、Ｂ領域はダンベル運動の動作中（１２０秒間）、Ｃ領域はダンベル運動の動作終了後であり、それぞれ異なる３つの形態に区分される。

ダンベル運動動作開始前のＡ領域は安静状態の領域であり、図４と図５での違いは見られない。ダンベル運動中のＢ領域においては、酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄと、還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄは、被験者により様々ではあるが、負荷が小さい場合の方が、変化が少ないということ以外の共通点は見られない。

ここまでのＡ領域とＢ領域における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度の変化の推移状態に関しては、従来技術においても同様の結果として得られている。

これに対して、ダンベル運動終了後のＣ領域では、図４と図５を比較すると、図４よりも図５の方が、ΔＣｏｘｙ・ＤとΔＣｄｏｘｙ・Ｄとの差が大きいことが分かる。この結果は、他の被験者（Ｙ，Ｖ，Ｗ）においても同様であった。

この差は、ダンベル運動の負荷の相違（２．５ｋｇと５．０ｋｇ）により生じたものであり、この差が、筋疲労に関係していることを示している。ここで、安静時間を十分にとった後に対象となる動作を行い、当該動作終了後に血中酸素動態が収束、あるいは収束に準じる状態になった動作終了時からの経過時間を所定時間t[秒]とし、その時のΔＣｏｘｙ・ＤとΔＣｄｏｘｙ・Ｄとの差をΔＨｂｔ・ｓとする。

図５に示すように、動作終了後のΔＣｏｘｙ・ＤとΔＣｄｏｘｙ・Ｄは、それぞれ、ある程度上昇及び下降した後、ある値に漸近して収束する。

軽度の運動動作から重度の運動動作に渡って数多くの酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄと還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄの測定を行った結果、図５でも示されているように、運動動作の終了後の５０〜１００秒の間で上記収束が生じていることが確認されている。

特に、運動動作の終了後の５０〜６０秒で血中酸素動態が収束する例が多く見られる。従って、図５からも明らかなように、運動動作の終了後の時間は５０〜１００秒が好ましく、より好ましくは５０〜６０秒となる。運動動作の終了後の時間が５０秒より小さい場合、あるいは、運動動作の終了後の時間が１００秒より大きい場合には、血中酸素動態の収束状態が不安定となる場合が多くなり好ましくない。

なお、重度の運動動作に伴って疲労している対象筋肉は，必ず酸素化ヘモグロビン濃度のほうが還元ヘモグロビン濃度より高くなり、図５においては、運動動作の終了後の酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄの測定結果は、還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄの測定結果より常に上側になる
表１は、４人の被験者（Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗ）のΔＨｂ・６０ｓ（運動動作の終了６０秒後の差）を示す。

このような、動作終了後の所定時間t[秒]経過後における、酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄと還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄとの差ΔＨｂｔ・ｓに基づく筋疲労評価が、上腕二頭筋以外の筋肉でも適用可能であることを確かめるために、錘（１２．５ｋｇ）を持ち、あるいは持たないでスクワットを、３秒間隔で５０回、行った際の大腿筋の計測、及び床にある錘（２．５ｋｇと１２．５ｋｇ）を持ち上げる動作時（３秒間隔で２０回）の脊柱起立筋の計測を行った。その結果を、図６と図７に示す。

図６においては、錘（１２．５ｋｇ）を持ち、あるいは持たないでスクワットを、３秒間隔で５０回、行った際の大腿筋の計測結果を示しており、図７においては、床にある錘（２．５ｋｇと１２．５ｋｇ）を持ち上げる動作時（３秒間隔で２０回）の脊柱起立筋の計測結果を示している。

図６に示されるように、動作終了後の６０秒経過後における、酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄと還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄとの差ΔＨｂｔ・６０ｓは、負荷のない場合は「０．０７０」であり、１２．５ｋｇの負荷をかけた場合は、「０．１５５」であり、上腕二頭筋と同様に、大腿筋の疲労の程度が数値で表現できていることがわかる。

また、図７に示されるように、動作終了後の６０秒経過後における、酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄと還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄとの差ΔＨｂｔ・６０ｓは、負荷のない場合は「０．００２」であり、１２．５ｋｇの負荷をかけた場合は、「０．０５７」であり、上腕二頭筋及び大腿筋と同様に、脊柱起立筋の疲労の程度が数値で表現できていることがわかる。

次に、図８及び図９を参照して、筋疲労評価処理を実行する際の本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０の作用を説明する。

まず、図８を参照して、筋疲労評価処理を実行する際の血色素計測装置１の作用を説明する。なお、図８は、この際に血色素計測装置１のＣＰＵ４２により実行される血色素計測処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムはＲＯＭ４６の所定領域に予め記憶されている。

同図のステップＳ１００では、近赤外光照射部１ａの２つの光源１ａ１，１ａ２による近赤外光の発光を開始し、次のステップＳ１０２では、当該発光光の被験者３１からの反射光を光検出部１ｂの受光部１ｂ１，１ｂ２により検出する。なお、このとき、ＣＰＵ４２は各受光部１ｂ１，１ｂ２から上記反射光の光強度を示す信号を受信する。

次のステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０２の処理によって受光部１ｂ１から受信した信号をデジタル信号に変換することにより第１の信号（酸素化ヘモグロビン濃度を表す信号）を生成すると共に、受光部１ｂ２から受信した信号をデジタル信号に変換することにより第２の信号（還元ヘモグロビン濃度信号を表す信号）を生成する。

次のステップＳ１０６では、上記ステップＳ１０４の処理によって生成した第１の信号および第２の信号を評価装置２に送信し、次のステップＳ１０８にて、被験者３１に対する、筋疲労の評価対象とする運動の実施期間として予め定められた時間（本実施の形態では、５分）が経過したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップＳ１０２に戻る一方、肯定判定となった時点で、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で開始した本血色素計測処理プログラムを終了する。

次に、図９を参照して、筋疲労評価処理を実行する際の評価装置２の作用を説明する。なお、図９は、この際に評価装置２のＣＰＵ２２により実行される筋疲労評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムはＨＤＤ２８の所定領域に予め記憶されている。

同図のステップＳ２００では、血色素計測装置１からの第１の信号および第２の信号の受信待ちを行い、次のステップＳ２０２では、受信した第１の信号および第２の信号の差を演算し、これによって得られた値をΔＹとする。

次のステップＳ２０４では、差ΔＹが予め定められた閾値Ｙ_０以上であるか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップＳ２００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップＳ２０６に移行する。なお、本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０では、上記閾値Ｙ_０として、差ΔＹが当該値以上となった場合に、被験者３１によって運動が開始されたと見なすことのできる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等により予め得られた値を適用している。

ステップＳ２０６では、血色素計測装置１からの第１の信号および第２の信号の受信待ちを行い、次のステップＳ２０８では、受信した第１の信号および第２の信号の差を演算し、これによって得られた値をΔＹとする。

次のステップＳ２１０では、差ΔＹが所定距離以内となるか、または交差したことを示すものであるか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップＳ２０６に戻る一方、肯定判定となった時点でステップＳ２１２に移行する。

ステップＳ２１２では、所定時間ｔ（本実施の形態では、６０秒）の経過待ちを行い、次のステップＳ２１４では、血色素計測装置１からの第１の信号および第２の信号の受信待ちを行い、次のステップＳ２１６にて、受信した第１の信号および第２の信号の差ΔＹを演算する。

次のステップＳ２１８では、上記ステップＳ２１６の処理によって得られた差ΔＹが予め定められた閾値Ｔｈ以上であるか否かを判定し、否定判定となった場合はステップＳ２２０に移行し、予め定められた第１提示画面を表示するようにディスプレイ１８を制御した後、本筋疲労評価処理プログラムを終了する。

図１０には、上記ステップＳ２２０の処理によってディスプレイ１８に表示される第１提示画面の一例が示されている。同図に示すように、本実施の形態に係る第１提示画面では、被験者３１の評価対象部位が疲労していることを示す情報が表示される。従って、筋疲労評価システム１０のユーザは、当該画面を参照することにより、被験者３１の評価対象部位が疲労していることを容易に把握することができる。

一方、上記ステップＳ２１８にて、否定判定となった場合はステップＳ２２２に移行し、予め定められた第２提示画面を表示するようにディスプレイ１８を制御した後、本筋疲労評価処理プログラムを終了する。

図１１には、上記ステップＳ２２２の処理によってディスプレイ１８に表示される第２提示画面の一例が示されている。同図に示すように、本実施の形態に係る第２提示画面では、被験者３１の評価対象部位が疲労していないことを示す情報が表示される。従って、筋疲労評価システム１０のユーザは、当該画面を参照することにより、被験者３１の評価対象部位が疲労していないことを容易に把握することができる。

なお、このような２値判断の表示とせずに、差ΔＹを直接数値表示もしくは類似の方法によるアナログ表示等として、画面を参照する被験者の判断に任せることもできる。

次に、図１２と図１３を用いて、本実施の形態の筋疲労評価装置について説明する。

本実施の形態に係る筋疲労評価装置は、図１２に示される機能的な構成を備えており、図１３に示されるコンピュータのハードウェア構成を有している。

図１２に示すように、本実施の形態に係る筋疲労評価装置１０’は、図１で示す筋疲労評価システム１０を構成する血色素計測装置１と評価装置２との機能を一体化した構成であり、血色素計測装置１を構成する、ＬＥＤ等の光源１ａ１、１ａ２を備えた近赤外光照射部１ａ、ＣＣＤ等の受光部１ｂ１、１ｂ２を備えた光検出部１ｂ、及び信号生成部１ｃを備えると共に、評価装置２を構成する、推移情報生成部２ａ、状態推移検知部２ｂ、演算部２ｃ、及び疲労判断部２ｄを備えている。

また、図１３に示すように、本実施の形態に係る筋疲労評価装置１０’は、図２で示す筋疲労評価システム１０のハードウェア構成と同様に、ＣＰＵ２２、ＲＡＭ２４、ＲＯＭ２６、キーボード１４、マウス１６、ディスプレイ１８を含み構成されると共に、システムバスに光源１ａ１、１ａ２と受光部１ｂ１、１ｂ２が接続され、ＣＰＵ２２により制御される構成となっている。

このような構成により、筋疲労評価装置１０’においても、図１、図２で示す筋疲労評価システム１０と同様に、図８、図９で示したプログラムに基づく処理を行う。

すなわち、本実施の形態に係る筋疲労評価装置１０’は、ＣＰＵ２２のプログラムに基づく処理により、図８，９に示す処理ルーチンを制御するプログラムを、ＲＡＭ２４に読み込み実行することにより、図１に示す筋疲労評価システム１０と同様にして、被験対の動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

以上説明したように、本例の筋疲労評価システム１０及び筋疲労評価装置１０’では、近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を計測し、生体の動作終了後の予め定められた時間ｔの経過後に、計測される酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差を演算して、演算した差の大小に基づき生体の筋組織の疲労度を評価することにより、動作に伴う筋疲労状態の評価を定量的に行うことができる。

なお、本例では、酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差を用いて、生体の筋組織の疲労度を評価しているが、酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との比を用いて生体の筋組織の疲労度を評価することでも良い。この場合の比は、酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、当該比が大きいほど疲労度が高いと評価する。前述したように、筋疲労がある場合、動作終了後の所定時間後においては、酸素化ヘモグロビン濃度（Ｃｏｘｙ）の方が常に還元ヘモグロビン濃度（Ｃｄｏｘｙ）より高いので、ここでは、酸素化ヘモグロビン濃度（Ｃｏｘｙ）の還元ヘモグロビン濃度（Ｃｄｏｘｙ）に対する比（Ｃｏｘｙ／Ｃｄｏｘｙ）が大きいほど疲労度が高いと評価する。

このように、本例の筋疲労評価システム１０及び筋疲労評価装置１０’では、生体の動作時における酸化ヘモグロビン濃度の変化と還元ヘモグロビン濃度の変化に基づき、当該動作に伴う生体の筋組織の疲労状態を自動的に行うことができるので、例えば、スポーツ選手の個々に、トレーニングやリハビリテーション等の運動に伴う当該運動の後の筋疲労の状態を定量的に評価し、その評価結果を当該選手のトレーニングやリハビリテーション等に有効に反映させることができる。

また、図２に示す構成の筋疲労評価システム１０では、評価装置２として、携帯電話、スマートホン当の携帯端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等を使用することができる。

また、筋疲労評価システム１０では、血色素計測装置１で測定したデータを、血色素計測装置１と評価装置２が接続された際に同期させて、評価装置２に第１，第２の信号を取り込んでも良いし、血色素計測装置１と評価装置２を接続した状態で測定データを取り込むこと行っても良い。

また、筋疲労評価システム１０の血色素計測装置１と評価装置２で取得されたそれぞれのデータを、あるいは、筋疲労評価装置１０’で取得したデータを、無線または有線により接続された他のコンピュータ装置に送信して、このコンピュータ装置において、各被験体毎のデータとして蓄積し、適宜分析に用いることでも良い。

以上の説明では、負荷として、座った上体でのダンベルの上下運動を用いたが、これに限定されず、例えば、スクワット等の運動や、ランニングマシーンでの走行運動を用いることでもよい。

ランニングマシーンでの走行運動の場合には、血色素計測装置１の動作に関してもＣＰＰＵから制御することができるので、この場合、ランニングマシーンの動作中止に基づき、運動の終了を直接、検知することができ、この検知後の時間ｔ経過（例えば６０秒）後に、酸素化ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｏｘｙ・Ｄと還元ヘモグロビン濃度長変化ΔＣｄｏｘｙ・Ｄとの差を求める動作としても良い。

また、ランニングマシーン等に、図１２、図１３に示す筋疲労評価装置１０’を直接設けた構成としても良い。

なお、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、本例においては、血色素計測装置１として、Spectratech inc.製の光イメージング脳機能測定装置（Spectratech OEG-16）（登録商標）を使用しているが、これに限るものではなく、他のＮＩＲＳ用プローブ等を用いることでも良い。

また、本例においては、筋組織中の血液に照射する近赤外光として、７７０ｎｍと８４０ｎｍの波長の光を用いたが、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長のいずれの近赤外光を用いても良い。

また、本例においては、所定の経過時間ｔとして６０秒を用いているが、図５の例からも明らかなように、５０秒〜１００秒の間のいずれの時間を用いても、同様な処理結果を得ることができる。

また、生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労しているか否かの判断に用いる閾値Ｔｈとしては、例えば、動作の開始前の状態における第１の信号の値と第２の信号の値との差の平均値を用いても良いし、図８に示す２．５ｋｇのダンベル動作時における動作停止後の差（Ｘ＝０，Ｙ＝０．０７８，Ｖ＝０，Ｗ＝０）等を用いることでも良く、被験者個別に適宜の値を用いることで良い。

また、図４，５に示した第１の信号と第２の信号の推移動作状態例では、動作の停止に伴い第１の信号と第２の信号が交差しているが、これは被験者Ｘの実験結果であり、他の被験者の場合には、動作の停止に伴い第１の信号と第２の信号が交差することなく、近接するだけの場合もある。何れにしろ、動作停止を検知した後、例えば６０秒後における第１の信号（酸素化ヘモグロビン濃度）と第２の信号（還元ヘモグロビン濃度）との差が、予め定められた値よりも大きければ、当該動作に伴う筋疲労が発生したと判定することができる。

また、図２に示したコンピュータ構成において、本発明に係る各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、各構成による処理が実行されてもよいし、図示されていない通信機能を用いて、当該プログラムを読み込ませることでもよい。

なお、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能を、コンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

また、本実施の形態に係る筋疲労評価システム１０と筋疲労評価装置１０’の信号生成部１ｃ、推移情報生成部２ａ、状態推移検知部２ｂ、演算部２ｃ、及び疲労判断部２ｄを、プログラムにより各機能の実行が可能なコンピュータで構成するものとしているが、論理素子回路からなるハードウェア構成とすることでも良い。

また、図１３に示す筋疲労評価装置１０’においては、キーボード１４及びマウス１６は、適宜に削除しても良い。

このように、本発明を実施する形態例を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ 血色素計測装置
１ａ 近赤外光照射部
１ａ１，１ａ２ 光源
１ｂ 光検出部
１ｂ１，１ｂ２ 受光部
１ｃ 信号生成部
２ 評価装置
２ａ 推移情報生成部
２ｂ 状態推移検知部
２ｃ 演算部
２ｄ 疲労判断部
１０ 筋疲労評価システム
１０’ 筋疲労評価装置
１４ キーボード
１６ マウス
１８ ディスプレイ
２０，４０ 送受信部
２２，４２ ＣＰＵ
２４，４４ ＲＡＭ
２６，４６ ＲＯＭ
２８ ハードディスク（ＨＤＤ）
３０ａ ＮＩＲＳ用プローブ
３１ 被験体
３２ ダンベル
３３ 椅子

Claims (18)

1. 生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、前記生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算する演算手段と、
   前記演算手段で演算された差または比に基づいて、前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価手段と、
   を備えた筋疲労評価装置。
2. 前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度とを近赤外光を用いて計測した
   請求項１記載の筋疲労評価装置。
3. それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射手段と、
   前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成手段と、
   前記信号生成手段で生成された前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比を演算する演算手段と、
   前記演算手段で演算された差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度を評価する評価手段と、
   を備えた筋疲労評価装置。
4. 前記比は、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、
   前記評価手段は、前記差または比が大きいほど前記疲労度が高いと評価する
   請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の筋疲労評価装置。
5. 前記近赤外光を、波長が４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内の互いに波長が異なる複数の近赤外光とした
   請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の筋疲労評価装置。
6. 前記所定時間を、５０秒〜１００秒の範囲内とした
   請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の筋疲労評価装置。
7. 近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを計測する計測装置と、
   前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、前記計測装置で計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算し、当該差または比に基づき前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価装置と、
   を備えた筋疲労評価システム。
8. 前記比は、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、前記評価装置は、前記差または比が大きいほど前記疲労度が高いと評価する
   請求項７記載の筋疲労評価システム。
9. 前記計測装置は、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射手段、前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出手段、前記検出手段で検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成手段、及び前記信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号とを送信する送信手段、を備え、
   前記評価装置は、前記信号生成手段で生成された前記第１の信号と前記第２の信号を受信する受信手段、前記受信手段で受信した前記第１の信号と前記第２の信号の、前記生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後に推移を示す推移情報を生成する推移情報生成手段、前記推移情報生成手段で生成された前記推移情報に基づき、前記第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより前記動作開始前の状態から前記動作中の状態に変化したことを検知した後に、前記第１の信号と前記第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、前記動作終了の状態に変化したことを検知する状態推移検知手段、前記状態推移検知手段で前記動作終了の状態に変化したことを検知した時点から前記所定時間経過後に、前記第１の信号の値と前記第２の信号の値との差または値の大きい信号の値の小さい信号に対する比を演算する演算手段、及び前記演算手段で演算された差または比が予め定められた値より大きい場合、前記生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断する疲労判断手段を備えた
   請求項７記載の筋疲労評価システム。
10. 前記近赤外光を、波長が４００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内の互いに波長が異なる複数の近赤外光とした
    請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載の筋疲労評価システム。
11. 前記所定時間を、５０秒〜１００秒の範囲内とした
    請求項７乃至請求項１０の何れか１項に記載の筋疲労評価システム。
12. 生体の動作終了から所定時間経過後に計測された、前記生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とに基づいて、当該酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との差または比を演算する演算ステップと、
    前記演算ステップで演算された差または比に基づいて、前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価ステップと、
    を含む筋疲労評価方法。
13. 前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度とを近赤外光を用いて計測した請求項１２記載の筋疲労評価方法。
14. それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射ステップと、
    前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出ステップと、
    前記検出ステップで検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成ステップと、
    前記信号生成ステップで生成された前記第１の信号の推移と前記第２の信号の推移とが相互に変動して、前記第１の信号と前記第２の信号が接近もしくは交差した時点から所定時間経過後の前記第１の信号と前記第２の信号との差または比を演算する演算ステップと、
    前記演算ステップで演算された差または比に基づき、前記生体の動作に伴う当該生体の筋組織の疲労度を評価する評価ステップと、
    を含む筋疲労評価方法。
15. 近赤外光を用いて生体の筋組織中の血液における酸素化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度とを計測する計測ステップと、
    前記生体の動作終了から予め定められた時間経過後に、前記計測ステップで計測された前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度との差を演算し、当該差に基づき前記生体の筋組織の疲労度を評価する評価ステップと、
    を含む筋疲労評価方法。
16. 前記比は、前記酸素化ヘモグロビン濃度と前記還元ヘモグロビン濃度のいずれか高い方の低い方に対する比であり、前記評価ステップは、前記差または比が大きいほど前記疲労度が高いと評価する
    請求項１２乃至請求項１５の何れか１項に記載の筋疲労評価方法。
17. 前記計測ステップは、それぞれ異なる波長の近赤外光を発光する２つの光源を発光させて前記生体の筋組織に照射する照射ステップ、前記筋組織からの反射光の光強度を検出する検出ステップ、前記検出ステップで検出された前記光強度に対応して、前記筋組織中の血液における前記酸素化ヘモグロビン濃度を表す第１の信号と前記還元ヘモグロビン濃度を表す第２の信号を生成する信号生成ステップ、及び前記信号生成ステップで生成された前記第１の信号と前記第２の信号とを送信する送信ステップ、を含み、
    前記評価ステップは、前記送信ステップで生成された前記第１の信号と前記第２の信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信された前記第１の信号と前記第２の信号の、前記生体の動作開始前、動作中、及び動作終了後における推移を示す推移情報を生成する推移情報生成ステップ、前記推移情報生成ステップで生成された前記推移情報に基づき、前記第１の信号と前記第２の信号の値が離れたことを検知することにより前記動作開始前の状態から前記動作中の状態に変化したことを検知した後に、前記第１の信号と前記第２の信号の値が接近した後に所定距離以内となるか、または交差したことを検知することにより、前記動作終了の状態に変化したことを検知する状態推移検知ステップ、前記状態推移検知ステップで前記動作終了の状態に変化したことを検知した時点から前記所定時間経過後に、前記第１の信号の値と前記第２の信号の値との差または比を演算する演算ステップ、及び前記演算ステップで演算された差または比が予め定められた値より大きい場合、前記生体の動作に伴い当該生体の筋組織が疲労していると判断する疲労判断ステップを含む
    請求項１５記載の筋疲労評価方法。
18. コンピュータを、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の筋疲労評価装置として機能させるためのプログラム。

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