JP2022147347A

JP2022147347A - 筋活動状態評価システム

Info

Publication number: JP2022147347A
Application number: JP2021048549A
Authority: JP
Inventors: 友介坂上; Yusuke Sakagami; 一金盛; Hajime Kanamori; 達也山口; Tatsuya Yamaguchi
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-10-06

Abstract

【課題】簡単な装置で、運動中の筋繊維の活動位置と、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作を、同時に同じ画面内に表示することにより、筋繊維が活動することで、身体がどのように運動するかを評価することができる筋活動状態評価システムを提供する【解決手段】筋繊維の活動状態を筋電位により評価する筋活動状態評価システムであって、筋電位の測定により、筋繊維の活動位置を検出する検出部１と、筋繊維の活動に関連する身体部位の運動を検出するセンサ２と、検出部で検出された筋繊維の活動位置と、センサで検出された身体部位の動作を、同じ画面内に同時に表示する表示部とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、運動中の筋肉（筋繊維）の活動状態を評価する筋活動状態評価システムに関する。

生体表面に電極を取り付けて、その電極に生じた電圧を測定することによって、生体内で活動する組織の活動状態を計測することが行われている。

本願出願人は、特許文献１において、生体表面上にあり、かつ複数の筋繊維を切断する任意の平面上に、少なくとも３つの電極を配置し、各電極とグランド電位との間に、抵抗値の異なる２つの外部抵抗を並列に接続して、第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる電圧Ｖと、第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極に生じる電圧Ｖ'とを測定し、測定した３つの電圧比Ｖ／Ｖ'に基づいて、筋繊維の活動位置を検出する方法を開示している。

この方法を用いれば、簡単な装置で、運動中に活動している筋繊維の位置をモニタリングすることができる。

特開２０１８－２７１９９号公報

運動を行っているときの筋繊維の活動位置と、活動している筋繊維と関連する身体部位の動作を同時に測定することができれば、筋繊維の活動状態と身体部位の動作の関係を評価することができる。

本発明は、簡単な装置で、運動中の筋繊維の活動位置と、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作を、同時に同じ画面内に表示することにより、筋繊維が活動することで、身体部位がどのように運動するかを評価することができる筋活動状態評価システムを提供することを目的とする。

本発明に係る筋活動状態評価システムは、筋繊維の活動状態を筋電位により評価する筋活動状態評価システムであって、筋電位の測定により、筋繊維の活動位置を検出する検出部と、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作を検出するセンサと、検出部で検出された筋繊維の活動位置と、センサで検出された身体部位の動作を、同じ画面内に同時に表示する表示部とを備えている。

本発明によれば、簡単な装置で、運動中の筋繊維の活動位置と、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作を、同時に同じ画面内に表示することにより、筋繊維が活動することで、身体部位がどのように動作するかを評価することができる筋活動状態評価システムを提供することができる。

（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施形態における筋活動状態評価システムの構成を示した図である。表示部に、対比する２つの筋繊維の活動位置及び身体部位の動作を、同じ画面に表示した状態を示した図である。本実施形態における検出部の構成を示した回路図である。検出対象とする骨格筋を構成する複数の筋繊維を示した図である。３つの電極を生体表面上でかつ、複数の筋繊維を切断する任意の平面上に配置した状態を示した図である。信号源の位置を検出する方法を説明した図である。信号源の位置を検出する方法を説明した図である。検出部の他の構成を示した回路図である。信号源の位置を検出する方法を説明した図である。（Ａ）、（Ｂ）は、他の実施形態を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施形態における筋活動状態評価システムの構成を示した図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態における筋活動状態評価システムは、筋繊維の活動位置を検出する検出部１と、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作を検出するセンサ２とを備えている。

検出部１は、生体表面上にあり、かつ検出しようとする筋繊維を切断する任意の平面上に配置される、少なくとも３つの電極を含む。図１（Ａ）では、大腿部の周りに、３つの電極が配置された例を示している。各電極には、生体内の信号源となる筋繊維からの電圧が発生し、検出部１は、各電極に生じる電圧（筋電位）を測定することにより、筋繊維の活動位置を検出する。

センサ２は、筋繊維の活動に関連する身体部位１１に配置される。図１（Ａ）では、腰部にセンサ２が配置された例を示している。検出部１及びセンサ２は、運動している身体に同時に配置されているため、センサ２は、筋繊維の活動位置の検出に同期して、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作（運動状態）を検出することができる。検出部１で検出された筋繊維の活動位置、及びセンサ２で検出された身体部位の動作は、記憶部（不図示）に時系列に記憶される。なお、センサ２は、身体部位の変位、動作速度、動作加速度を検出するものであれば特に限定されず、例えば、加速度センサ、速度センサ、及び位置センサ等を用いることができる。

筋活動状態評価システムは、さらに、図１（Ｂ）に示すように、検出部１で検出された筋繊維４０の活動位置Ｐと、センサ２で検出された身体部位１１の動作Ｑとを、同じ画面内に表示する表示部３とを備えている。具体的には、記憶部に記憶された筋繊維の活動位置Ｐと、身体部位の動作とを、各々の時系列を同期させて、表示部３の同じ画面内に同時に表示する。表示部３には、筋繊維４０の活動位置Ｐが、２次元で表示され、身体部位１１の動作Ｑが、３次元で表示される。運動中の身体部位１１の動作Ｑに伴い、筋繊維４０の活動位置Ｐが変化する。

本実施形態における筋活動状態評価システムでは、運動中の筋繊維の活動位置Ｐと、筋繊維の活動に関連する身体部位の動作Ｑを、表示部３の同じ画面内に同時に表示することにより、筋繊維の活動位置Ｐと身体部位の動作Ｑとの関連性を明確に把握することができる。これにより、筋繊維が活動することで、身体部位がどのように動作するかを評価することができる。

例えば、図１（Ａ）、（Ｂ）に例示したように、スクワットにより大腿部の筋肉（筋繊維）をトレーニングする場合、腰部の動作と、その動作によって生じる大腿部における筋繊維の活動位置を同時にモニタリングすることによって、スクワットのフォーム（腰部の動作）の修正等を把握することができる。また、日常生活での歩行時において、大腿部における筋繊維の活動位置と、歩行動作（歩き方）を同時にモニタリングすることによって、疲れの少ない歩き方等を把握することができる。

また、検出部１で検出した筋繊維の活動位置Ｐ、及びセンサ２で検出した身体部位の動作Ｑの時系列データを、随時、記憶部に記憶しておくことによって、記憶部に記憶された複数の時系列データから、対比する任意の時系列データを選択し、選択した時系列データを同期させて、表示部３の同じ画面内に同時に表示することができる。

例えば、図１（Ａ）、（Ｂ）に例示したように、スクワットにより大腿部の筋肉（筋繊維）をトレーニングする場合、筋活動状態評価システムを用いて取得した大腿部における筋繊維の活動位置Ｐ、及び腰部の動作Ｑの時系列データを、記憶部に記憶しておくことによって、図２に示すように、記憶部から、対比する２つの時系列データを選択し、選択した２つの時系列データを、表示部３の同じ画面内に同時に表示することができる。

対比する２つの時系列データとして、例えば、過去の取得したときの時系列データ（筋繊維の活動位置Ｐ_１、及び腰部の動作Ｑ_１）と、今、取得している時系列データ（筋繊維の活動位置Ｐ_２、及び腰部の動作Ｑ_２）とを対比することによって、トレーニング効果の確認や、スクワットのフォーム（腰部の動作）のさらなる修正等を把握することができる。

また、対比する時系列データの一つとして、スクワット・トレーニングのインストラクターが取得したときの時系列データ（筋繊維の活動位置Ｐ_１、及び腰部の動作Ｑ_１）を選択し、今、自身が取得している、あるいは、過去に取得したデータ（筋繊維の活動位置Ｐ_２、及び腰部の動作Ｑ_２）と対比することによって、スクワットのフォーム（腰部の動作）を、より効果的に修正等を行うことができる。

ここで、対比する時系列データの組み合わせは任意であり、また、３つ以上の時系列データであってもよい。また、筋繊維の活動位置Ｐ、及び身体部位の動作Ｑの時系列データを記憶する記憶部は１つに限定されず、複数の記憶部に分散して記憶しておいてもよい。この場合、任意の記憶部に記憶された複数の時系列データから、それぞれ、対比する任意の時系列データを選択し、選択した時系列データを、表示部３の同じ画面内に同時に表示してもよい。

また、本実施形態では、検出部１で検出された筋繊維４０の活動位置Ｐと、センサ２で検出された身体部位１１の動作Ｑとを一旦記憶部に記憶し、記憶部に記憶された筋繊維の活動位置と身体部位の動作とを、各々の時系列を同期させて、表示部３に表示するようにしたが、検出部１で検出された筋繊維４０の活動位置Ｐ、及びセンサ２で検出された身体部位１１の動作Ｑのデータを、直接、表示部３に送信し、受信したデータを表示部３に表示してもよい。

（検出部１の構成）
図３は、本実施形態における検出部１の構成を示した回路図である。

図３に示すように、検出部１は、生体表面１０の配置される３つの電極２１、２２、２３と、各電極２１、２２、２３とグランド電位２０との間に、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１及び第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２を、それぞれ切り替え可能に並列接続する接続手段ＳＷ、Ｓ_１～Ｓ_３と、各電極２１、２２、２３を生体表面１０に配置した状態で、接続手段ＳＷ、Ｓ_１～Ｓ_３により、各電極２１、２２、２３とグランド電位２０との間に、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１、２、３）、及び、各電極２１、２２、２３とグランド電位２０との間に、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２を接続したときに生じる第２の電圧Ｖ'_ｉ（ｉ＝１、２、３）を測定する測定手段（アンプ）３０と、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ'_ｉの各電圧Ｖ_ｉ／Ｖ'_ｉ、及び生体表面１０に配置された各電極２１、２２、２３の位置情報に基づき、信号源Ｖsとなる筋繊維の活動位置を検出する検出手段３１と、を備えている。

図４は、検出対象とする大腿部や腕等の骨格筋を構成する複数の筋繊維４０を示した図で、各筋繊維４０は、図中の矢印の向きに沿って線状に存在する。骨格筋が活動（収縮）すると、特定の筋繊維４０が信号源Ｖsとなり、高い電位を発生する。信号源Ｖsとなる筋繊維４０の活動部位は、筋繊維４０の向きに沿って線状に存在するため、信号源Ｖsの電位分布は一様となる。従って、図４に示すように、信号源Ｖsの検出範囲を、Ａ－Ａ線に沿った断面内に限定すれば、生体内の信号源Ｖs、すなわち、筋繊維４０の活動位置を、二次元座標（ｘ,ｙ）の点として捉えることができる。

すなわち、図５に示すように、３つの電極２１、２２、２３を、複数の筋繊維４０を切断する任意の平面上に、生体表面１０上に配置することによって、信号源Ｖsとなる筋繊維４０の活動部位４０ａを、二次元座標（ｘ,ｙ）の点として検出することができる。

以下、図６及び図７を参照しながら、信号源Ｖs（筋繊維４０の活動部位４０ａ）の位置（ｘ,ｙ）を検出する具体的な方法を説明する。

図６は、生体表面１０上にあり、複数の筋繊維４０を切断する任意の平面上に、３つの電極２１、２２、２３を配置した図で、信号源Ｖsと各電極２１、２２、２３との間の内部抵抗を、それぞれ、Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３と表している。

このとき、電極２１とグランド電位２０との間に、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_１は、アンプ３０の入力抵抗Ｒ_ｉｎが非常に大きいとき、式（１－１）で与えられる。ここで、Ｒ_ｇ１は、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１の抵抗値を表す。また、Ｒ_ｂ０は、信号源Ｖsとグランド電位２０との間の内部抵抗値を表す。

また、電極２１とグランド電位２０との間に、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ'_１は、式（１－２）で与えられる。ここで、Ｒ_ｇ２は、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２の抵抗値を表す。

式（１）及び式（２）から、電極２１において、外部抵抗Ｒ_ｇ１が接続されている場合の第１の電圧Ｖ_１と、外部抵抗Ｒ_ｇ２が接続されている場合の第２の電圧Ｖ'_１との比Ｖ'_１／Ｖ_１は、式（１－３）で与えられる。

同様に、電極２２において、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ1が接続されている場合の第１の電圧Ｖ_２と、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２が接続されている場合の第２の電圧Ｖ'_２との比Ｖ'_２／Ｖ_２、及び、電極２３において、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１が接続されている場合の第１の電圧Ｖ_３と、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２が接続されている場合の第２の電圧Ｖ'_３との比Ｖ'_３／Ｖ_３は、それぞれ、式（１－４）、式（１－５）で与えられる。

生体内の導電率が一様であると仮定すると、内部抵抗の抵抗値Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３は、それぞれ、生体内の信号源Ｖsと、各電極２１、２２、２３との距離に比例すると考えられる。従って、式（１－３）、（１－４）、（１－５）から、生体内の信号源Ｖsと、各電極２１、２２、２３との距離Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、それぞれ、式（１－６）、式（１－７）、式（１－８）で表される。

ここで、βは、内部抵抗Ｒ_ｂｉと距離Ｌ_ｉ（ｉ＝１、２、３）との比例定数で、生体の導電率等で定まる。

式（１－６）、式（１－７）、式（１－８）に示すように、距離Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、それぞれ、Ｖ'_１／Ｖ_１、Ｖ'_２／Ｖ_２、Ｖ'_３／Ｖ_３の逆数の関数として表される。そして、図７に示すように、信号源Ｖsは、各電極２１、２２、２３を中心とする半径Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３の円Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３の交点に存在すると考えられる。各電極２１、２２、２３の位置座標を、（ａ_１、ｂ_１）、（ａ_２、ｂ_２）、（ａ_３、ｂ_３）とすると、円Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３は、それぞれ、以下の式（１－９）、式（１－１０）、式（１－１１）で表される。

従って、式（１－６）、式（１－７）、式（１－８）で求めたＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３を用いて、上記の式（１－９）、式（１－１０）、式（１－１１）は、Ｖ_ｉ／Ｖ'_ｉ（ｉ＝１、２、３）、（ａ_ｉ、ｂ_ｉ）（ｉ＝１、２、３）として、以下の式（１－１２）で表される３つの連立方程式になる。

ここで、式（１－１２）で表される３つの連立方程式の未知数は、信号源Ｖsの二次元座標（ｘ、ｙ）と、定数β、Ｒ_ｂ０の４つになる。従って、Ｒ_ｂ０を予め与えることによって、３つの連立方程式を解くことにより、信号源Ｖsの二次元座標（ｘ、ｙ）と、定数βとを求めることができる。そのため、比例定数βが、体内の組成に影響を受けて変動しても、生体内の信号源Ｖsの２次元位置を精度よく検出することができる。特に、トレーニング中に活動している筋繊維をモニタリングする場合、簡便に、生体内で活動する筋繊維を検出することができる。

また、電圧比Ｖ_ｉ／Ｖ'_ｉ（ｉ＝１、２、３）の測定を１サイクルとして、繰り返し行うことにより、各サイクルにおける電圧比の時系列な測定データから、生体内の信号源Ｖsの変動をリアルタイムに検出することができる。これにより、トレーニング中に活動している筋繊維をモニタリングする場合、身体部位の動作に対して、どの筋繊維が活動しているかをリアルタイムで検出することができる。

なお、本実施形態では、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１及び第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２の抵抗値は、任意の値としたが、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１及び第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２のいずれか一方は、抵抗値が少なくとも１ＧΩ以上、もしくは無限大（解放状態）であってもよい。これにより、式（１－１２）で表される３つの連立方程式を、より簡素化ができる。

（検出部１の他の構成）
図８は、検出部１の他の構成を示した回路図である。

図８に示すように、検出部１は、生体表面１０に配置される３つの電極２１、２２、２３と、各電極２１、２２、２３間に、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１及び第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２を、それぞれ切り替え可能に並列接続する接続手段ＳＷ、Ｓ_１～Ｓ_３、ＳＳ_１～ＳＳ_３と、各電極２１、２２、２３を生体表面１０に配置した状態で、接続手段ＳＷ、Ｓ_１～Ｓ_３、ＳＳ_１～ＳＳ_３により、各電極２１、２２、２３間に、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１、２、３）、及び各電極２１、２２、２３間に、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２を接続したときに生じる第２の電圧Ｖ'_ｉ（ｉ＝１、２、３）を測定する測定手段３０と、第１の電圧Ｖ_ｉ及び第２の電圧Ｖ'_ｉの各電圧Ｖ_ｉ／Ｖ'_ｉ、及び生体表面１０に配置された各電極２１、２２、２３の位置情報に基づき、信号源Ｖsの活動位置を検出する検出手段３１と、を備えている。

本検出部１においても、図６に示したように、３つの電極２１、２２、２３を、複数の筋繊維４０を囲むように、生体の表面の円周１０Ａ上に配置する。

このとき、電極２１と電極２２との間に、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_１２は、式（２－１）で与えられる。

ここで、Ｒ_ｂ１及びＲ_ｂ２は、それぞれ、生体内の信号源Ｖsと電極２１及び電極２２との間の内部抵抗を表す。

一方、電極２１と電極２２との間に、第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ'_１２は、式（２－２）で与えられる。

式（２－１）及び式（２－２）から、電極２１と電極２２との間で生じる第１の電圧Ｖ_１２と第２の電圧Ｖ'_１２の比Ｖ'_１２／Ｖ_１２は、式（２－３）で与えられる。

同様に、電極２２と電極２３との間で生じる第１の電圧Ｖ_２３と第２の電圧Ｖ'_２３の比Ｖ'_２３／Ｖ_２３、及び、電極２３と電極２１との間で生じる第１の電圧Ｖ_３１と第２の電圧Ｖ'_３１の比Ｖ'_３１／Ｖ_３１は、それぞれ、式（２－４）、式（２－５）で与えられる。

ここで、Ｒ_ｂ３は、生体内の信号源Ｖsと電極２３との間の内部抵抗の抵抗値を表す。

各電極間に生じる電圧の測定において、生体内の内部抵抗は、各電極と信号源との間の内部抵抗の和で表される。例えば、電極２１と電極２２との間で生じる第１の電圧Ｖ_１２及び第２の電圧Ｖ'_１２の測定において、生体内の内部抵抗は、Ｒ_ｂ１＋Ｒ_ｂ２で表される。

ここで、生体内の導電率が一様であると仮定すると、内部抵抗の和（Ｒ_ｂ１＋Ｒ_ｂ２）は、電極２１と信号源Ｖsとの距離Ｄ_１と、電極２２と信号源Ｖsとの距離Ｄ_２との和（Ｄ_１＋Ｄ_２）に比例すると考えられる。従って、式（２－３）、式（２－４）、式（２－５）から、各電極と信号源Ｖsとの距離の和（Ｄ_１＋Ｄ_２）、（Ｄ_２＋Ｄ_３）、（Ｄ_３＋Ｄ_１）は、それぞれ、式（２－６）、式（２－７）、式（２－８）で表される。

ここで、αは、内部抵抗Ｒ_ｂｉと距離Ｄ_ｉ（ｉ＝１、２、３）との比例定数で、生体の導電率等で定まる。

式（２－６）、式（２－７）、式（２－８）に示すように、各電極と信号源Ｖsとの距離の和（Ｄ_１＋Ｄ_２）、（Ｄ_２＋Ｄ_３）、（Ｄ_３＋Ｄ_１）は、それぞれ、Ｖ'_１２／Ｖ_１２、Ｖ'_２３／Ｖ_２３、Ｖ'_３１／Ｖ_３１の逆数の関数として表される。そして、図９に示すように、信号源Ｖsは、電極２１、２２を焦点とする楕円Ｅ_１、電極２２、２３を焦点とする楕円Ｅ_２、及び電極２３、２１を焦点とする楕円Ｅ_３の交点に存在すると考えられる。

各電極２１、２２、２３の位置座標を、（ａ_１、ｂ_１）、（ａ_２、ｂ_２）、（ａ_３、ｂ_３）とすると、楕円Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３は、それぞれ、以下の式（２－９）、（２－１０）、（２－１１）で表される。

従って、式（２－６）、式（２－７）、式（２－８）で求めた（Ｄ_１＋Ｄ_２）、（Ｄ_２＋Ｄ_３）、（Ｄ_３＋Ｄ_１）を用いて、以下の式（２－１２）で表される３つの連立方程式を解くことによって、信号源Ｖsの二次元座標（ｘ、ｙ）を求めることができる。

連立方程式（２－１２）には、上記で示した連立方程式（１－１２）とは異なり、信号源Ｖsとグランド電位２０との間の内部抵抗Ｒ_ｂ０が式中に入っていない。また、式（２－１２）で表される３つの連立方程式の未知数は、信号源Ｖsの二次元座標（ｘ、ｙ）と、定数αの３つになる。従って、式（２－１２）で表される３つの連立方程式を解くことによって、信号源Ｖsの二次元座標（ｘ、ｙ）と、定数αを求めることができる。

このように、信号源Ｖsの二次元座標（ｘ、ｙ）を求める際に、２つの定数、すなわち、内部抵抗Ｒ_ｂｉと距離Ｌ_ｉ（ｉ＝１、２、３）との比例定数α、及び、信号源Ｖsとグランド電位２０との間の内部抵抗Ｒ_ｂ０を、予め求めておく必要がなく、簡便に、生体内の信号源Ｖsの二次元座標を求めることができる。これにより、トレーニング中に活動している筋繊維をモニタリング等する場合、簡便に、生体内で活動する筋繊維を検出することができる。

なお、本実施形態では、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１及び第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２の抵抗値は、任意の値としたが、第１の外部抵抗Ｒ_ｇ１及び第２の外部抵抗Ｒ_ｇ２のいずれか一方は、抵抗値が少なくとも１ＧΩ以上、もしくは無限大（解放状態）であってもよい。これにより、式（２－１２）で表される３つの連立方程式を、より簡素化ができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、センサ２は、身体部位１１の動作Ｑとして、その変位を検出したが、身体部位１１の動作速度、または動作加速度を検出してもよい。

また、図１０（Ａ）に示すように、筋繊維の活動に関連する身体部位（例えば、腰部と大腿部）に複数のセンサ２ａ、２ｂを配置してもよい。これにより、複数のセンサ２ａ、２ｂが配置された身体部位の相対的位置関係を含む動作を検出することができる。例えば、図１０（Ｂ）に示すように、センサ２ａが配置された腰部の動きＱ_１と、センサ２ｂが配置された大腿部の動きＱ_２とを、表示部３に表示させることによって、運動中の筋繊維の活動に関連する複数の身体部位の相対的な動きをモニタリングすることができる。これにより、筋繊維の活動位置Ｐと、身体部位の動作Ｑ１、Ｑ２との関連性を明確に把握することができる。

１検出部
２センサ
３表示部
１０生体表面
１１身体部位
２１、２２、２３電極
３０測定手段
３１検出手段
４０筋繊維

Claims

筋繊維の活動状態を筋電位により評価する筋活動状態評価システムであって、
前記筋電位の測定により、前記筋繊維の活動位置を検出する検出部と、
前記筋繊維の活動に関連する身体部位の動作を検出するセンサと、
前記検出部で検出された前記筋繊維の活動位置と、前記センサで検出された前記身体部位の動作を、同じ画面内に同時に表示する表示部と
を備えた、筋活動状態評価システム。
前記検出部で検出された前記筋繊維の活動位置と、前記センサで検出された前記身体部位の動作とを時系列に記憶する記憶部を備え、
前記記憶部に記憶された前記筋繊維の活動位置と、前記身体部位の動作とを、各々の時系列を同期させて、前記表示部の同じ画面内に同時に表示する、請求項１に記載の筋活動状態評価システム。
前記記憶部は、前記検出部で検出された前記筋繊維の活動位置、及び前記センサで検出された前記身体部位の動作の時系列データが複数記憶されており、
前記記憶部に記憶された複数の時系列データから、対比する任意の時系列データを選択し、選択した時系列データを同期させて、前記表示部の同じ画面内に同時に表示する、請求項２に記載の筋活動状態評価システム。
前記筋繊維の活動位置を検出する検出部は、
生体の表面上にあり、かつ、前記筋繊維を切断する任意の平面上に配置される少なくとも３つの電極と、
前記各電極とグランド電位との間、又は、前記各電極間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗を、それぞれ切り替え可能に並列接続する接続手段と、
前記各電極を前記生体の表面に配置した状態で、前記接続手段により、前記各電極とグランド電位との間、又は、前記各電極間に、前記第１の外部抵抗を接続したときに生じる第１の電圧、及び、前記各電極とグランド電位との間、又は、前記各電極間に、前記第２の外部抵抗を接続したときに生じる第２の電圧を測定する測定手段と、
前記第１の電圧及び前記第２の電圧の各電圧比、及び前記生体表面に配置された各電極の位置情報に基づき、前記筋繊維の活動位置を検出する検出手段と
を備え、
前記センサは、前記筋繊維の活動に関連する身体部位に配置される、請求項１～３の何れかに記載の筋活動状態評価システム。
前記接続手段において、前記各電極とグランド電位との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ切り替え、
前記測定手段において、前記各電極とグランド電位との間に、前記第１の外部抵抗を接続したときに生じる第１の電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１、２、３）、及び、前記各電極とグランド電位との間に、前記第２の外部抵抗を接続したときに生じる第２の電圧Ｖ'_ｉ（ｉ＝１、２、３）を測定し、
前記検出手段において、前記第１の電圧Ｖ_ｉ及び前記第２の電圧Ｖ’_ｉの各電圧比をＶ_ｉ／Ｖ'_ｉ（ｉ＝１、２、３）、前記各電極が配置された生体表面の円周に沿った断面内における前記各電極の位置座標を（ａ_ｉ、ｂ_ｉ）（ｉ＝１、２、３）、前記第１及び第２の外部抵抗の大きさをＲ_ｇ１、Ｒ_ｇ２、前記筋繊維の活動位置とグランド電位との間の内部抵抗をＲb_０、βを、生体の導電率で決まる定数としたとき、前記断面内における前記筋繊維の活動位置（ｘ、ｙ）を、下記の連立方程式（式１）を解くことによって検出する、請求項４に記載の筋活動状態評価システム。
前記接続手段において、前記生体の断面の周上に配置する３つの電極を、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極としたとき、前記第１の電極と前記第２の電極との間、前記第２の電極と前記第３の電極との間、及び前記第３の電極と前記第１の電極との間に、第１の外部抵抗及び第２の外部抵抗をそれぞれ切り替え、
前記測定手段において、前記各電極間に前記第１の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第１の電圧Ｖ_１２、Ｖ_２３、Ｖ_３１、及び前記各電極間に前記第２の外部抵抗を並列接続したときに各電極間に生じる第２の電圧Ｖ'_１２、Ｖ'_２３、Ｖ'_３１を測定し、
前記検出手段において、前記第１の電圧Ｖ_１２、Ｖ_２３、Ｖ_３１及び前記第２の電圧Ｖ'_１２、Ｖ'_２３、Ｖ'_３１の各電圧比を、Ｖ_１２／Ｖ'_１２、Ｖ_２１／Ｖ'_２１、Ｖ_３１／Ｖ'_３１、前記各電極が配置された生体の断面の周上における前記各電極の位置座標を（ａ_ｉ、ｂ_ｉ）（ｉ＝１、２、３）、前記第１及び第２の外部抵抗の大きさをＲ_ｇ１、Ｒ_ｇ２、αを生体の導電率で決まる定数としたとき、前記断面内における前記筋繊維の活動位置（ｘ、ｙ）を、下記の連立方程式（式２）を解くことによって検出する、請求項４に記載の筋活動状態評価システム。
前記第１の外部抵抗及び前記第２の外部抵抗のいずれか一方は、抵抗値が少なくとも１ＧΩ以上、もしくは無限大である、請求項４～６の何れかに記載の筋活動状態評価システム。
前記センサは、加速度センサ、速度センサ、及び位置センサの少なくとも何れか一つを含む、請求項１～７の何れかに記載の筋活動状態評価システム。
前記筋繊維の活動に関連する前記身体部位に複数のセンサを配置し、前記複数のセンサを配置された身体部位の相対的位置関係を含む動作を検出する、請求項１～８の何れかに記載の筋活動状態評価システム。