JP2018180648A - 腰痛予防装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体幹の姿勢と腰又は背中の筋肉の使用状況とを考慮して腰痛予防を支援する、腰痛予防装置を提供する。【解決手段】本発明の腰痛予防装置は、人体の体幹に装着される装着部材と、装着部材が体幹に装着される時に、装着部材と体幹の腰又は背中に位置する検出対象部分との間に配置され、検出対象部分の筋活動により入力される力に基づき筋活動に関する情報を出力する、筋活動センサと、体幹の姿勢に関する情報を出力する、姿勢センサと、筋活動センサから出力される情報と姿勢センサから出力される情報とに基づいて、装着部材の着用者の腰痛予防を支援するための処理を行う処理部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、人体の腰痛予防を支援するための腰痛予防装置に関するものである。

従来、人体の腰痛予防を支援するための腰痛予防装置として、人体の体幹に装着されるベルトと、ベルトによって体幹の腰近辺に取り付けられる角度センサと、を備え、角度センサによって検出される体幹の鉛直方向に対する傾斜角が基準角度を超えたときに、腰痛の発生を予測して報知するものがある（例えば、特許文献１）。

特開2006-85262号公報

腰痛の原因には、体幹の姿勢だけでなく、腰や背中の筋肉の使用状況も関係するが、上述したような腰痛予防装置では、腰や背中の筋肉の使用状況を考慮しないことから、十分に適切な腰痛予防の支援ができなかった。

本発明は、体幹の姿勢と腰又は背中の筋肉の使用状況とを考慮して腰痛予防を支援する、腰痛予防装置を提供することを目的とするものである。

本発明の腰痛予防装置は、
人体の体幹に装着される装着部材と、
前記装着部材が前記体幹に装着される時に、前記装着部材と前記体幹の腰又は背中に位置する検出対象部分との間に配置され、前記検出対象部分の筋活動により入力される力に基づき前記筋活動に関する情報を出力する、筋活動センサと、
前記体幹の姿勢に関する情報を出力する、姿勢センサと、
前記筋活動センサから出力される情報と前記姿勢センサから出力される情報とに基づいて、前記装着部材の着用者の腰痛予防を支援するための処理を行う処理部と、
を備えている。

本発明の腰痛予防装置は、
前記装着部材の着用者への通知を行う通知部をさらに備え、
前記処理部は、前記筋活動センサから出力される情報に基づいて前記検出対象部分の筋収縮が生じたと判断し、かつ、前記姿勢センサから出力される情報に基づいて前記体幹の鉛直方向に対する傾斜角が所定範囲を超えたと判断した場合に、前記通知部により前記通知を実行させるものであると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記筋活動センサは、
前記検出対象部分に対向配置される基板と、
前記基板上に配置され、前記検出対象部分に向けて押し付けられる第１の押付け部材と、
前記第１の押付け部材が受ける反力を検出する第１の反力検出部と、
前記基板上に配置され、前記検出対象部分に向けて押し付けられるとともに該押付けにより受ける反力が前記第１の押付け部材よりも小さい第２の押付け部材と、
前記第２の押付け部材が受ける反力を検出する第２の反力検出部と、
を有し、
前記処理部は、前記第１の反力検出部により検出された前記第１の押付け部材が受ける反力と前記第２の反力検出部により検出された前記第２の押付け部材が受ける反力との差または比の変化に基づいて、前記検出対象部分の筋収縮が生じたか否かを判断するものであると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う環状の突起形状に形成されていると、好適である。
ここで、「前記第２の押付け部材が・・・環状・・・に形成され」とは、第２の押付け部材が、第１の押付け部材の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続して形成されている場合だけでなく、第１の押付け部材の周りに間欠状に並べて配置される複数の分離部分に分けて形成される場合や、１つの切欠き部分を有するＣ字形状に形成される場合など、第１の押付け部材の周囲を囲う種々の形態のものを含むものとする。また、「環状」は、第１の押付け部材の周囲を円形状に囲う形状（円環状）だけでなく、例えば、方形状や多角形状に囲うものなど、種々の形状を含むものとする。

本発明の腰痛予防装置において、
前記第２の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されていると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記第１の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されていると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記第１の押付け部材が、横断面が円形の突起形状に形成されているとともに、前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う円環状の突起形状に形成されていると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記第１の押付け部材と前記第２の押付け部材とが、前記基板に着脱自在に装着されるカバー体に形成されていると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記流体が空気であると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
無負荷状態における前記第１の押付け部材の前記基板からの突出高さが、無負荷状態における前記第２の押付け部材の前記基板からの突出高さよりも高いと、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記第１の反力検出部が前記基板と前記第１の押付け部材との間に設けられ、前記第２の反力検出部が前記基板と前記第２の押付け部材との間に設けられていると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記基板に、前記第１の反力検出部及び前記第２の反力検出部から入力される検出信号を増幅して出力する増幅回路が内蔵されていると、好適である。

本発明の腰痛予防装置において、
前記姿勢センサは、前記筋活動センサの前記基板に設けられていると、好適である。

本発明によれば、体幹の姿勢と腰又は背中の筋肉の使用状況とを考慮して腰痛予防を支援する、腰痛予防装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る腰痛予防装置を、測定対象者がまっすぐ立った様子とともに示す、概略図である。 図１の腰痛予防装置の要部を、測定対象者が前屈みで立った様子とともに示す、概略図である。 図１の筋活動センサの断面図である。 図３に示す筋活動センサ及び姿勢センサの平面図である。 図３に示す筋活動センサ及び姿勢センサを、基板からカバー体を取り外した状態で示す、分解図である。 図６（ａ）は、筋活動センサが体幹に装着された状態において、筋肉が収縮していないときの筋活動センサの様子を示す断面図であり、図６（ｂ）は、筋活動センサが体幹に装着された状態において、筋肉が収縮したときの筋活動センサの様子を示す断面図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図３に示す筋活動センサの別々の変形例を示す断面図である。 図３に示す筋活動センサのさらに別の変形例を示す断面図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態について例示説明する。

まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態に係る腰痛予防装置１の構成を説明する。図１は、本実施形態の腰痛予防装置１を、測定対象者とともに示している。腰痛予防装置１は、測定対象者の体幹の姿勢と腰又は背中の筋肉の使用状況とを測定し、その測定結果に基づいてその測定対象者の腰痛予防を支援するための装置であり、例えば介護現場や医療現場等で好適に利用できる。
図１の例において、本実施形態の腰痛予防装置１は、測定対象者の人体の体幹に装着される装着部材２０と、筋活動センサ１０と、姿勢センサ３０と、コンピュータ部７０と、通知部５０と、を備えている。コンピュータ部７０は、処理部４０と記憶部６０とを有している。ただし、腰痛予防装置１は、記憶部６０や通知部５０を備えなくてもよい。

図１では、装着部材２０の着用者がまっすぐに立っており、その着用者を後ろから観ている。図２は、図１の腰痛予防装置１のうちの装着部材２０、筋活動センサ１０、及び姿勢センサ３０のみを示している。図２では、装着部材２０の着用者が前屈みで立っており、その着用者を横から観ている。図３は、図１の腰痛予防装置１の筋活動センサ１０及び姿勢センサ３０のみを、体幹へ装着されていない状態で示す、断面図である。図４は、図３に示す筋活動センサ１０及び姿勢センサ３０を、図３の上側から見た様子を示す、平面図である。
図１及び図２に示すように、筋活動センサ１０は、装着部材２０に取り付けられている。姿勢センサ３０は、筋活動センサ１０に設けられている。これにより、装着部材２０、筋活動センサ１０、及び姿勢センサ３０は、人体の体幹に装着される装着部１００を構成している。

装着部材２０は、体幹に巻き付けて装着されるような例えばコルセット又は伸縮性ベルトからなると好適である。図２に示すように、装着部材２０が測定対象者の体幹に装着される際には、装着部材２０と体幹の腰又は背中に位置する検出対象部分との間に、装着部材２０に取り付けられた筋活動センサ１０が配置される。装着部材２０は、このように筋活動センサ１０が装着部材２０と体幹の検出対象部分とによって挟まれた状態を維持し、着用者が動いても筋活動センサ１０の位置が検出対象部分からずれないように、また、検出対象部分から離れないようにする、役割を持つ。装着部材２０は、図１及び図２の例のように衣服Ｃの上から体幹に装着されてもよいし、あるいは、衣服Ｃを介さずに直接、体幹の肌に当てられてもよい。

筋活動センサ１０は、腰痛予防装置１によって、測定対象者の腰又は背中の筋肉Ｍ（例えば、脊柱起立筋）の使用状況を測定するために用いられる。より具体的に、筋活動センサ１０は、装着部材２０の体幹への装着時に、装着部材２０と体幹の腰又は背中に位置する検出対象部分との間に配置された状態で、検出対象部分の筋肉の動き（以下、筋活動ともいう。）により入力される力に基づいて、筋活動に関する情報を出力するように構成される。筋活動センサ１０から出力された情報は、コンピュータ部７０へ伝送され、コンピュータ部７０の処理部４０によって、検出対象部分の筋肉の使用状況（例えば、筋収縮が生じたか否か）の判定に用いられる。
筋活動センサ１０は、装着部材２０の、着用者に当てられるほうの面に、クリップ又はマジックテープ（登録商標）等により取り外し可能に取り付けられるか、あるいは、接着剤又は締結具等により固定される。
検出対象部分は、腰又は背中にあればどこでもよいが、人体の腰痛の原因には脊柱起立筋にかかる負荷が関係する場合が多いことに鑑みれば、脊柱起立筋に対応する部分であるのが好ましい。

筋活動センサ１０が出力する情報は、検出対象部分の筋活動によって筋活動センサ１０に入力される力の向き（押圧方向又は押圧方向とは反対の方向）及び大きさに応じて変化するものであれば、いかなる情報でもよい。このような筋活動センサ１０を用いることによって、腰痛予防装置１は、検出対象部分の筋活動を正確に把握できる。
筋活動センサ１０は、このような情報を出力できるよう、外力が加わるとそれに応じた情報（例えば電気信号）を出力する圧力センサを、１つ又は複数有している。筋活動センサ１０は、１つの圧力センサそのものから構成されてもよい。図の例の筋活動センサ１０は、後に詳述するように、２つの圧力センサ（第１の反力検出部６、第２の反力検出部７）を有しており、検出対象部分の筋活動により入力される力に基づいて、これら２つの圧力センサから出力される情報（第１反力情報、第２反力情報）を、上記筋活動に関する情報として、それぞれ配線６ｂ、７ｂを介して出力するように構成されている。
筋活動センサ１０が有する圧力センサは、外力が入力されるとそれに応じた情報（例えば電気信号）を出力するものであれば、任意のタイプの圧力センサ（例えばひずみゲージ型圧力センサ、静電容量型圧力センサ、圧電型圧力センサ、感圧導電性ゴムを用いた圧力センサ等）から構成されてよい。

姿勢センサ３０は、腰痛予防装置１によって、測定対象者の体幹の姿勢を測定するために用いられる。姿勢センサ３０は、体幹の姿勢に関する情報を出力するように構成される。図の例では、姿勢センサ３０は、例えば傾斜角センサ、速度センサ、又は加速度センサ等から構成される。姿勢センサ３０から出力される情報は、配線３１を介してコンピュータ部７０へ伝送され、コンピュータ部７０の処理部４０によって、体幹の姿勢（例えば、体幹の鉛直方向に対する傾斜角θ）の判定に用いられる。
ただし、姿勢センサ３０は、測定対象者の体幹の姿勢に関する情報を出力できるものであれば、その構成や配置位置は任意でよい。例えば、姿勢センサ３０は、体幹の動きに追従する位置（例えば装着部材２０、測定対象者の体幹の肌又は衣服Ｃ等）に取り付けられてもよい。あるいは、姿勢センサ３０は、体幹の動きに追従する位置に取り付けられた物体と、測定対象者から離れた位置に設置され、該物体の位置等を測定するように構成された測定器とを、含んで構成されてもよい。
姿勢センサ３０が出力する情報は、それを読み込む処理部４０が体幹の姿勢を把握できるようなものであれば、いかなる形式や内容のものでもよい。

処理部４０は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵからなり、筋活動センサ１０から出力される情報と姿勢センサ３０から出力される情報とに基づいて、装着部材２０の着用者の腰痛予防を支援するための処理を行う。処理部４０は、測定対象者から離れた位置に設置されたコンピュータ装置等に搭載されてもよいし、あるいは、筋活動センサ１０、姿勢センサ３０、又は装着部材２０に設けられる等して、装着部１００を構成してもよい。

処理部４０は、筋活動センサ１０から出力される情報に基づいて、検出対象部分の筋活動を把握する。例えば、処理部４０は、筋活動センサ１０から出力される情報に基づいて、検出対象部分の筋収縮が生じたか否かを特定する。
また、処理部４０は、姿勢センサ３０から出力される情報に基づいて、体幹の姿勢を把握する。例えば、処理部４０は、姿勢センサ３０から出力される情報に基づいて、体幹の鉛直方向に対する傾斜角θを特定する。そして、この測定した傾斜角θを、予め設定された範囲（例えば、鉛直方向に対して前方を正（＋）としたときに、−３０°から＋３０°までの範囲）と比較して、測定した傾斜角θがこの所定範囲を超えているか否かを判定する。
そして、例えば、処理部４０は、筋活動センサ１０から出力される情報に基づいて、検出対象部分の筋収縮が生じたと判断し、かつ、姿勢センサ３０から出力される情報に基づいて、体幹の傾斜角θが所定範囲（例えば、−３０°から＋３０°までの範囲）を超えたと判断した場合に、装着部材２０の着用者の腰痛予防を支援するための処理を行う。

処理部４０は、装着部材２０の着用者の腰痛予防を支援するための処理として、任意の処理を行ってよい。
例えば、処理部４０は、腰痛予防を支援するための処理として、処理部４０に接続された通知部５０に、装着部材２０の着用者への通知を実行させてもよい。通知部５０は、例えば、スピーカー、ディスプレイ、プリンタ、又は振動装置等、着用者に対して聴覚的、視覚的、又は身体的な刺激を与えるようなもので構成される。通知部５０は、着用者から離れた位置に設けられても良いし、あるいは、筋活動センサ１０、姿勢センサ３０、又は装着部材２０に設けられる等して、装着部１００を構成してもよい。これにより、通知を受けた着用者が、自分に腰痛発生のリスクが高いことを認識し、姿勢を正す等の腰痛予防対策を自分で実施できるようになる。
あるいは、処理部４０は、腰痛予防を支援するための処理として、着用者の体幹に装着した駆動装置（図示せず）を制御して、例えば着用者の体幹の傾斜角θが上記所定範囲（例えば、−３０°から＋３０°までの範囲）内に戻るよう、体幹を動かすようにしてもよい。この駆動装置は、例えば、装着部材２０に内蔵されてもよい。

記憶部６０は、例えばＲＯＭ及び／又はＲＡＭからなり、処理部４０が実行するためのプログラムや、種々のデータ（筋活動センサ１０から出力される情報や姿勢センサ３０から出力される情報等）を、記憶する。記憶部６０は、測定対象者から離れた位置に設置されたコンピュータ装置等に搭載されてもよいし、あるいは、筋活動センサ１０、姿勢センサ３０、又は装着部材２０に設けられる等して、装着部１００を構成してもよい。

上述したように、本実施形態の腰痛予防装置１によれば、体幹の姿勢と腰又は背中の筋肉の使用状況との両方を考慮して、着用者の腰痛予防を支援するので、例えば腰又は背中の筋肉の使用状況を考慮しない場合に比べて、腰痛予防を支援するための処理のタイミングや内容を、より適切なものとすることが可能となる。

また、本実施形態の腰痛予防装置１は、上述したように、腰又は背中の筋肉の使用状況を把握するために、検出対象部分の筋活動により入力される力に基づいて、筋活動に関する情報を出力するように構成された筋活動センサ１０を用いるものである。仮に、筋肉の使用状況を把握するために、筋電位センサを用いる場合、筋電位センサを測定対象者に取り付ける際には、一般的に３枚の電極を肌に直接取り付ける必要があり、また、安定した取付けのためには、肌に専用のジェルを塗布した上で電極を取り付ける必要があり、しかも、検出精度を確保するためには、それぞれの電極を検出対象部分の近辺の適切な位置に取り付ける必要がある。しかし、本実施形態の腰痛予防装置１の筋活動センサ１０は、検出対象部分に１つ装着すれば十分であり、また、直接肌に当てることは必須ではなく、衣服Ｃの上から装着しても問題なく筋活動の検出が可能であるため、着用者への装着作業が簡単となる。

ここで、図３〜図６を主に参照しつつ、本実施形態の腰痛予防装置１に用いられる筋活動センサ１０の一例について、より詳しく説明する。
本例の筋活動センサ１０は基板２を有している。基板２は、検出対象部分の筋肉に対向するように配置される。
基板２は、筋活動センサ１０の検出対象部分の筋肉の筋幅（伸縮方向に垂直な方向の幅）に対応した直径を有する円板状に形成されるのが好ましい。また、基板２は、例えばエンジニアリング・プラスチックなどの合成樹脂材料や真ちゅう（黄銅）等の金属材料により形成することができ、使用時に過度の変形が生じない程度の剛性を有するものとするのが好ましい。
なお、基板２の直径は検出対象部分の筋肉に応じて種々設定可能である。また、基板２の形状も、円板状に限らず、例えば矩形板状など種々変更可能である。

基板２の図３中上側となる上面には第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とが配置されている。第１の押付け部材３と第２の押付け部材４は、それぞれ基板２の上面から突出している。図２や図６に示すように、筋活動センサ１０が検出対象部分に装着される際には、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４は、基板２に対して検出対象部分側を向く姿勢とされて、検出対象部分に向けて押し付けられる。

図３の例では、姿勢センサ３０が、筋活動センサ１０の基板２に設けられている。これにより、姿勢センサ３０と筋活動センサ１０とが別々の位置に設けられる場合に比べて、着用者に与える異物感を低減させ、着用者の快適性の向上が可能となる。より具体的に、図３の例では、姿勢センサ３０は、基板２の、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７とは反対側の面に形成された凹部に、嵌め込まれている。しかし、姿勢センサ３０は、例えば図７（ａ）に示すように筋活動センサ１０の基板２の、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７側の面に形成された凹部に嵌め込まれても良いし、あるいは、基板２の内部に埋め込まれてもよい。

本例では、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４は、基板２に着脱可能に装着されるカバー体５を構成している。このカバー体５は、例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料により基板２よりも大径の円形に形成された薄い基材シート５ａの表面に、同様に塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料により第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４に対応した凸形状を有する薄い表面シート５ｂを熱溶着や接着等の手段を用いて貼り付けて構成されている。

カバー体５は、基材シート５ａが基板２の上面に重ねて配置され、このカバー体５の外周縁に設けられた折返し部５ｃが基板２の外周縁に被せられることにより基板２に装着される。また、折返し部５ｃを基板２の外周縁から外すことにより、図５に示すように、カバー体５を基板２から取り外すことができる。このように、カバー体５は基板２に着脱自在に装着されるようになっている。
このような構成により、カバー体５を、２枚のシートを貼り合わせて容易に製造可能な安価な構成のものとして、筋活動センサ１０のコストを低減することができる。また、カバー体５を安価で使い捨て可能な構成とすることができるので、第１の押付け部材３や第２の押付け部材４が破損した場合や汚れた場合などに、新たなカバー体５に付け替えることで、第１の押付け部材３や第２の押付け部材４を容易に新しいものに交換することができる。
なお、折返し部５ｃをギャザー形状に形成したり、あるいは折返し部５ｃの内周縁にゴムバンドを装着したりするなどして、カバー体５を基板２から外れ難くしつつ取り外しが容易な構成とすることもできる。また、カバー体５の基板２への装着構造は、上記した折返し部５ｃによるものに限らず、種々の構成を採用することができる。

図３に示すように、上記構成により、第１の押付け部材３は、基材シート５ａと表面シート５ｂとの間に区画された内部空間３ａに、流体（この例では空気）が封入された柔軟な袋状に形成されている。また、第１の押付け部材３は、上端（先端）が丸みを帯びるとともに横断面（基板２の上面に平行な断面）が円形となる突起形状となっており、その軸心を基板２の軸心に一致させて基板２上に配置され、当該上面から所定の突出高さで突出している。
本例においては、第２の押付け部材４も、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されている。より具体的には、第２の押付け部材４も、基材シート５ａと表面シート５ｂとの間に区画された内部空間４ａに、流体（この例では空気）が封入された柔軟な袋状に形成されている。また、本例においては、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３を囲う環状の突起形状に形成されている。より具体的には、第２の押付け部材４は、全体として環状であるとともに上面が湾曲する突起形状に形成されており、第１の押付け部材３の周囲を囲うように基板２に当該基板２と同軸に配置されている。本例においては、第２の押付け部材４は、全体として円環状に形成されている。また、本例においては、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続して形成されている。なお、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続する円環状の形状のものに限らず、例えば第１の押付け部材３の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分に分けて形成されたものや、１つの切欠き部分を有するＣ字形状に形成されたものなど、第１の押付け部材３の周囲を囲って配置されるものであれば、種々の形状とすることができる。また、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３の周囲を平面視で円形状に囲う円環状の形状に限らず、例えば、第１の押付け部材３を平面視で方形状や多角形状に囲う形状のものなど、種々の形状のものとすることもできる。
なお、第１の押付け部材３の内部空間３ａ及び第２の押付け部材４の内部空間４ａは、それぞれ流体として空気を封入するようにしているが、これに限らず、例えば、空気以外の圧縮性流体（気体）や水等の非圧縮性流体を封入した構成とすることもできる。

無負荷状態つまり筋肉に向けて押し付けられていない自然状態においては、図３から解るように、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さは、第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くなっている。なお、この場合、無負荷状態においては、第１の押付け部材３の内部空間３ａの圧力と第２の押付け部材４の内部空間４ａの圧力は同等となっている。

上述のように、第２の押付け部材４を第１の押付け部材３を囲う環状の突起形状に形成したことにより、筋活動センサ１０を人体の所定部位に取り付けたときに、第２の押付け部材４によって基板２を人体の所定部位に安定的に支持させることができる。特に、第２の押付け部材４を、第１の押付け部材３の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続する円環状に形成した場合には、第２の押付け部材４によって基板２を人体の所定部位により安定的に支持させることができる。したがって、基板２を、筋肉に対向する姿勢から大きく傾斜させることなく安定的に筋肉に向けて押し付けることができる。また、基板２の傾斜を抑制することにより、当該基板２が直接人体等に触れることを防止して、この筋活動センサ１０による筋肉の筋活動の検出精度を高めることができる。

また、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とを、それぞれ内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成したことにより、これらの押付け部材３、４を筋肉に向けて人体に押し付けたときに人体が受ける感触を良くすることができる。すなわち、長時間に亘ってこの筋活動センサ１０を人体に取り付けたときに人体が感じる痛みや違和感を低減させることができる。

第１の押付け部材３を筋肉に向けて人体に押し付けたときに当該第１の押付け部材３が人体から受ける反力（圧力）を検出するために、基板２には第１の反力検出部６が設けられている。本例では、第１の反力検出部６は円板状の圧力センサで構成されており、基板２の上面の軸心位置に形成された第１の円形溝２ａに嵌め込まれて基板２に装着され、その圧力検知面６ａは基板２の上面に当該上面と面一となって露出している。つまり、第１の反力検出部６は、基板２と第１の押付け部材３との間に配置されている。

また、第２の押付け部材４を筋肉に向けて押し付けたときに当該第２の押付け部材４が人体から受ける反力（圧力）を検出するために、基板２には第２の反力検出部７が設けられている。本例では、第２の反力検出部７も円板状の圧力センサで構成されており、基板２の上面の第２の押付け部材４の直下（径方向中心位置）に対応する位置に形成された第２の円形溝２ｂに嵌め込まれて基板２に装着されている。第２の反力検出部７の圧力検知面７ａも基板２の上面に当該上面と面一となって露出している。これにより、第２の反力検出部７は、基板２と第２の押付け部材４との間に配置されている。この例では、第２の押付け部材４は内部空間４ａに空気が封入された構成となっているので、第２の押付け部材４の一部のみが人体から反力を受けた場合であっても、当該反力を受けることにより高まる内部空間４ａの圧力は空気を介して第２の押付け部材４の全体に伝達されるので、当該圧力の変化を１つの第２の反力検出部７によって正確に検出することができる。

このように、この例では第２の押付け部材４を空気が封入された袋状に形成するようにしたので、この第２の押付け部材４を環状の突起形状に形成するようにしても、１つの第２の反力検出部７で第２の押付け部材４に加わる反力（圧力）を検出することができる。なお、上記のように、第２の押付け部材４を、第１の押付け部材３の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分で形成される構成とした場合には、第２の押付け部材４のそれぞれの分離部分をチューブ等で接続して互いの内圧が同一となる構成とすることで、第２の押付け部材４が人体から受ける反力（圧力）を１つの第２の反力検出部７によって検出する構成とすることができる。なお、第２の押付け部材４を、第１の押付け部材３の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分で形成される構成とした場合には、第２の押し付け部材４の分離部分のそれぞれに対応した複数の第２の反力検出部７を設けることにより、第２の押付け部材４が人体から受ける反力（圧力）を第２の反力検出部７によって検出する構成とすることもできる。

第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７としては、例えばひずみゲージ型の圧力センサなど、第１の押付け部材３や第２の押付け部材４が受ける反力を検出し、これをそれぞれ電気信号等からなる第１反力情報、第２反力情報として出力することができる、任意のタイプの圧力センサを用いることができる。

第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７は、それぞれ配線６ｂ、７ｂを介して処理部４０に接続される。
処理部４０は、第１の反力検出部６から出力される第１反力情報と、第２の反力検出部７から出力される第２反力情報とに基づいて、検出対象部分の筋活動を検出する。例えば、処理部４０は、第１反力情報と第２反力情報とに基づいて、第１の押付け部材３が人体から受ける反力と第２の押付け部材４が人体から受ける反力との差または比が変化したことに基づいて、検出対象部分の筋肉の収縮を検出する。

ここで、図６に基づいて、この筋活動センサ１０を用いて筋肉の収縮を検出する方法の一例について説明する。図６（ａ）は、筋活動センサ１０が検出対象部分に装着された状態において、筋肉Ｍが収縮していないときの様子を示しており、図６（ｂ）は、筋活動センサ１０が検出対象部分に装着された状態において、筋肉Ｍが収縮したときの様子を示している。なお、図の例では、筋活動センサ１０は、衣服Ｃを介して検出対象部分の皮膚ＳＫに当たっているが、衣服Ｃの有無は筋活動センサ１０の動作に影響を与えないため、以下では、説明の便宜上、衣服Ｃについては言及しない。

図６（ａ）の状態では、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４はそれぞれ人体の皮膚ＳＫから反力を受けて若干変形している。この状態においても、無負荷状態のときと同様に、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さは第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くなっている。
このとき、皮膚ＳＫが柔軟に撓んで第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４の両方に当接するので、第１の押付け部材３に皮膚からの反力Ｆ_Ｂが加わるとともに、第２の押付け部材４に皮膚ＳＫからの反力Ｆ_Ｄが加わることになる。これらの反力Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｄは、それぞれ、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７により検出され、第１反力情報、第２反力情報として、処理部４０に出力される。この押付け状態においては、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さが第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くなっていることに起因して、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂは、第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Ｄよりも大きくなっている。処理部４０は、反力Ｆ_Ｂと反力Ｆ_Ｄとの差又は比の変化に基づいて検出対象部分の筋肉の収縮を検出する。

本例においては、処理部４０は、より正確に筋肉の収縮を検出するために、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Ｄとの和Ｆ_Ｔを算出し、反力Ｆ_Ｂを和Ｆ_Ｔで除した値を筋肉の収縮の度合いのパラメータ値Ｓとして筋肉の収縮を検出する。パラメータ値Ｓの算出式となる数式（１）を以下に示す。パラメータ値Ｓは０〜１の範囲で変化する無次元の変数である。
［数１］
Ｓ＝Ｆ_Ｂ／（Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｄ）＝Ｆ_Ｂ／Ｆ_Ｔ・・・数式（１）

処理部４０は、図６（ａ）に示す状態におけるパラメータ値Ｓを算出し、これを基準としたパラメータ値Ｓの変化に基づき筋肉の収縮を検出する。ここで、パラメータ値Ｓは、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの比の変化に基づいて変化する値であるので、パラメータ値Ｓの変化に基づいて筋肉の収縮を検出することは、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出することと同じでことある。なお、処理部４０は、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する構成に限らず、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの差の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する構成とすることもできる。

図６（ａ）に示す状態から徐々に筋肉Ｍが収縮していくと、皮膚ＳＫは、より基板２からの突出高さが高い第１の押付け部材３に強く接してこれを弾性変形させるとともに、第２の押付け部材４からは徐々に離れることになる。そのため、筋肉の収縮に伴って和Ｆ_Ｔに対する反力Ｆ_Ｂの割合が徐々に高まり、反対に反力Ｆ_Ｄの割合が徐々に減少することになる。すなわち、筋肉の収縮に伴ってパラメータ値Ｓは基準とした値に徐々に増加することになる。そして、さらに筋肉が収縮した状態となると、図６（ｂ）に示すように、皮膚ＳＫは第１の押付け部材３にこれを弾性変形させながら強く接し、第２の押付け部材４には弱く接した状態となってパラメータ値Ｓの値は１に近い値となり、さらに筋肉が収縮すると、皮膚ＳＫが第１の押付け部材３にのみ接してパラメータ値Ｓの値は１となる。このように、パラメータ値Ｓは、基準値から１の間で当該筋肉の収縮に伴って増加することになる。したがって、処理部４０はパラメータ値Ｓの増加から筋肉が収縮していることを検出することができるとともに、そのときのパラメータ値Ｓから筋肉の収縮の程度も検出することができる。

反対に、図６（ｂ）に示す状態から筋肉が弛緩して収縮が解消されると、和Ｆ_Ｔに対する反力Ｆ_Ｂの割合が徐々に低下し、パラメータ値Ｓは１から基準値に向けて徐々に低下する。したがって、処理部４０は、パラメータ値Ｓの減少から筋肉が弛緩していることを検出することができるとともに、そのときのパラメータ値Ｓから筋肉の弛緩の程度も検出することができる。

パラメータ値Ｓは、例えばＳ＝Ｆ_Ｄ／（Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｄ）＝Ｆ_Ｄ／Ｆ_Ｔに設定することもできる。この場合、筋肉の収縮に伴ってパラメータ値Ｓは徐々に減少することになるので、処理部４０はパラメータ値Ｓの減少から筋肉が収縮していることを検出することができる。

上記の通り、本例の筋活動センサ１０は、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの差または比の変化（パラメータ値Ｓの変化）に基づき筋肉の動き、例えば筋肉の収縮が生じているか否かを、検出する。これにより、当該反力Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｄの値自体を正確に検出する必要がなく、よって、この筋活動センサ１０を衣服Ｃの上から人体に装着するようにしても筋肉の収縮を精度よく検出することができる。

図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図３に示す筋活動センサ１０の別々の変形例の断面図である。なお、図７においては前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。
図７（ａ）に示す変形例の筋活動センサ１０のように、第１の押付け部材３を横断面が円形となる突起形状に形成し、第２の押付け部材４を第１の押付け部材３を囲う円環状に形成するとともに、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さを、第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも低くすることにより、この筋活動センサ１０を人体の所定部位に取り付けたときに、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂが、第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Dよりも小さくなるようにすることもできる。このような構成により、第１の押付け部材３よりも高い突出高さを有する第２の押付け部材４によって基板２をさらに安定的に人体に対して支持させることができる。

また、図７（ｂ）に示す変形例の筋活動センサ１０のように、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とを一体とせずに別体に構成し、これらを個別に基板２の上面に接着等の手段により固定した構成とすることもできる。このような構成により、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４との間で、これらが受けた反力が互いに伝達されることをなくすことができる。

さらに、図７（ｃ）に示す変形例の筋活動センサ１０のように、第２の押付け部材４は袋状のままとしつつ、第１の押付け部材３を、シリコン等の軟材質によって、先端が半球状であるとともに横断面が円形となる突起形状に形成した構成とすることもできる。この場合、第１の押付け部材３と第１の反力検出部６との間にゴムシート１１を配置するのが好ましい。

また、図８に示す別の変形例ように、基板２に、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７からそれぞれ入力される検出信号（第１反力情報及び第２反力情報）を増幅して処理部４０に向けて出力する増幅回路１２０を内蔵してもよい。この場合、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７からそれぞれ入力される検出信号（第１反力情報及び第２反力情報）が、増幅回路１２０を介して処理部４０に出力される。なお、基板２を、表側の板材と裏側の板材との間にスペーサを備えることで内部に空間を有する構成とし、この空間内に増幅回路１２０を配置した構成とすることができる。このような構成とすることにより、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７が出力する検出信号が微弱な場合であっても、当該検出信号を増幅回路１２０によって基板２の内部で増幅することで、検出信号がノイズから受ける影響を抑制することができる。なお、増幅回路１２０は、検出信号を増幅する機能に加えて、検出信号に含まれるノイズ成分を低減させる機能を含んだ回路に構成としてもよい。また、増幅回路１２０とは別に構成されるとともに、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７と処理部４０との間に接続されるノイズ低減回路（不図示）を、増幅回路１２０と同様に基板２に内蔵させ、または基板２の外に配置した構成とすることもできる。

また、第１の押付け部材３を第２の押付け部材４よりも高い弾力ないし反発力を有する構成等とすることにより、無負荷状態における突出高さに拘わらず、筋肉に向けて押し付けられた押付け状態において第１の押付け部材３が人体から受ける反力が第２の押付け部材４が人体から受ける反力よりも大きくなるように構成されていれば、無負荷状態における第１の押付け部材３の基板２からの突出高さを、無負荷状態における第２の押付け部材４の基板２からの突出高さと同一とし、または、無負荷状態における第２の押付け部材４の基板２からの突出高さよりも低く構成することもできる。

本発明の腰痛予防装置は、例えば介護現場や医療現場等で好適に利用できる。

１ 腰痛予防装置
２ 基板
２ａ 第１の円形溝
２ｂ 第２の円形溝
３ 第１の押付け部材
３ａ 内部空間
４ 第２の押付け部材
４ａ 内部空間
５ カバー体
５ａ 基材シート
５ｂ 表面シート
５ｃ 折返し部
６ 第１の反力検出部
６ａ 圧力検知面
６ｂ 配線
７ 第２の反力検出部
７ａ 圧力検知面
７ｂ 配線
１０ 筋活動センサ
１１ ゴムシート
２０ 装着部材
３０ 姿勢センサ
３１ 配線
４０ 処理部
５０ 通知部
６０ 記憶部
７０ コンピュータ部
１００ 装着部
１２０ 増幅回路
Ｍ 筋肉
ＳＫ 皮膚

Claims (13)

1. 人体の体幹に装着される装着部材と、
   前記装着部材が前記体幹に装着される時に、前記装着部材と前記体幹の腰又は背中に位置する検出対象部分との間に配置され、前記検出対象部分の筋活動により入力される力に基づき前記筋活動に関する情報を出力する、筋活動センサと、
   前記体幹の姿勢に関する情報を出力する、姿勢センサと、
   前記筋活動センサから出力される情報と前記姿勢センサから出力される情報とに基づいて、前記装着部材の着用者の腰痛予防を支援するための処理を行う処理部と、
   を備えた、腰痛予防装置。
2. 前記装着部材の着用者への通知を行う通知部をさらに備え、
   前記処理部は、前記筋活動センサから出力される情報に基づいて前記検出対象部分の筋収縮が生じたと判断し、かつ、前記姿勢センサから出力される情報に基づいて前記体幹の鉛直方向に対する傾斜角が所定範囲を超えたと判断した場合に、前記通知部により前記通知を実行させる、請求項１に記載の腰痛予防装置。
3. 前記筋活動センサは、
   前記検出対象部分に対向配置される基板と、
   前記基板上に配置され、前記検出対象部分に向けて押し付けられる第１の押付け部材と、
   前記第１の押付け部材が受ける反力を検出する第１の反力検出部と、
   前記基板上に配置され、前記検出対象部分に向けて押し付けられるとともに該押付けにより受ける反力が前記第１の押付け部材よりも小さい第２の押付け部材と、
   前記第２の押付け部材が受ける反力を検出する第２の反力検出部と、
   を有し、
   前記処理部は、前記第１の反力検出部により検出された前記第１の押付け部材が受ける反力と前記第２の反力検出部により検出された前記第２の押付け部材が受ける反力との差または比の変化に基づいて、前記検出対象部分の筋収縮が生じたか否かを判断する、請求項２に記載の腰痛予防装置。
4. 前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う環状の突起形状に形成されている、請求項３に記載の腰痛予防装置。
5. 前記第２の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されている、請求項３又は４に記載の腰痛予防装置。
6. 前記第１の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されている、請求項５に記載の腰痛予防装置。
7. 前記第１の押付け部材が、横断面が円形の突起形状に形成されているとともに、前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う円環状の突起形状に形成されている、請求項６に記載の腰痛予防装置。
8. 前記第１の押付け部材と前記第２の押付け部材とが、前記基板に着脱自在に装着されるカバー体に形成されている、請求項７に記載の腰痛予防装置。
9. 前記流体が空気である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の腰痛予防装置。
10. 無負荷状態における前記第１の押付け部材の前記基板からの突出高さが、無負荷状態における前記第２の押付け部材の前記基板からの突出高さよりも高い、請求項３〜９のいずれか一項に記載の腰痛予防装置。
11. 前記第１の反力検出部が前記基板と前記第１の押付け部材との間に設けられ、前記第２の反力検出部が前記基板と前記第２の押付け部材との間に設けられている、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の腰痛予防装置。
12. 前記基板に、前記第１の反力検出部及び前記第２の反力検出部から入力される検出信号を増幅して出力する増幅回路が内蔵されている、請求項３〜１１のいずれか一項に記載の腰痛予防装置。
13. 前記姿勢センサは、前記筋活動センサの前記基板に設けられている、請求項３〜１２のいずれか一項に記載の腰痛予防装置。

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