JP3433645B2 - 筋電位計 - Google Patents

筋電位計

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JP3433645B2 JP09976297A JP9976297A JP3433645B2 JP 3433645 B2 JP3433645 B2 JP 3433645B2 JP 09976297 A JP09976297 A JP 09976297A JP 9976297 A JP9976297 A JP 9976297A JP 3433645 B2 JP3433645 B2 JP 3433645B2
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典義 松尾
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直見 沢田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気現象として計
測できる生理情報のうち、筋肉活動によって生じる筋電
位(electromyography;EMG)を計測するための筋電位計
に関する。このような筋電位計は、筋肉群の動作計測や
バイオメカニクス等の生体研究分野、及びバイオフィー
ドバックやリハビリテーション等の医療分野において用
いられる。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来の筋電位計を示す回路図で
ある。以下、この図面に基づき説明する。
【0003】従来の筋電位計80は、筋電位を入力する
一対の検出電極821,822及び一個の接地電極82
3と、検出電極821,822から入力された筋電位を
増幅する増幅回路84と、増幅回路84で増幅された筋
電位を計測器88へ出力するリード線861と、増幅回
路84へ電力を供給するためのリード線862,863
と、増幅回路84へ基準電圧を供給するためのリード線
864と、接地電極823を接地電位に導通させるリー
ド線865とを備えたものである。
【0004】検出電極821,822は、指向性を考慮
することなく筋電位を計測できるように、同心円状に配
設されたものである。増幅回路84には、アナログデバ
イセズ社製「AD620BR」という名称のICを用い
ている。このICには、利得設定用の抵抗器841が接
続されている。計測器88には、±電源881,882
が内蔵されている。±電源881,882は、リード線
862,863を介して増幅回路84へ電力を供給す
る。
【0005】筋電位は、通常0Vを基準とした交流信号
とみなすことができる。そのため、筋電位を計測するに
は、0Vを基準とした±電源881,882が必要とな
る。この基準となる電位0Vを安定させるために、検出
電極821,822だけではなく接地電極823も皮膚
に貼付している。
【0006】このような筋電位計は、例えば「西村,富
田:増幅機能をもつ筋電位計の試作,計測自動制御学会
論文集,vol.29,No.12,1474/1476(1993)」に記載されて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の筋電位計80で
は、計測器88との間に五本のリード線861〜865
が必要となる。そのため、被験者の行動は、リード線8
61〜865の長さの範囲内に制限されるとともに、リ
ード線861〜865が捩れたり外れたりしない程度の
単純で軽いものに制限される。
【0008】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、被験者の行動
を制限することなく、筋電位を計測できるようにすると
ともに、小型化及び軽量化を達成した筋電位計を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の筋電位計
は、筋電位を入力する一対の検出電極と、これらの検出
電極を皮膚に密着させる装着手段と、前記検出電極から
入力された筋電位を増幅して筋電位信号として出力する
増幅回路と、この増幅回路で増幅された筋電位を無線に
よって出力する送信回路と、この送信回路及び前記増幅
回路に電力を供給する電池とを備えたものである。従来
の有線方式に代えて無線方式を採用することで、リード
線を排除する。これにより、被験者の行動が自由にな
る。
【0010】これに加え、前記検出電極及び前記装着手
段が下面に設けられた第一の板状体と、この第一の板状
体の上面に積層されるとともに前記増幅回路等の接地電
位となる第二の板状体と、この第二の板状体の上面に積
層されるとともに前記増幅回路等の電子回路基板が収容
された第三の板状体と、この第三の板状体の上面に積層
されるとともに前記電池が収容された第四の板状体とを
備えている。第一乃至第四の板状体を積層した四層構造
としたので、平面的に構成する場合に比べて、占有面積
が最小限になるとともに、各層間の配線も最短距離にな
る。
【0011】請求項2記載の筋電位計は、請求項1記載
の筋電位計において、前記電池がただ一つの直流定電圧
を出力するものであり、この直流定電圧を分圧して基準
電圧として前記増幅回路へ出力する補償回路を更に備え
たものである。従来は、二つの電源すなわち±電源を用
い、0Vすなわち接地電位を基準電圧としていた。これ
に対して、本発明は、ただ一つの直流定電圧を分圧して
基準電圧として用いることにより、従来必要であった二
つの電源のうちの一方と接地電極とが不要となる。
【0012】請求項3記載の筋電位計は、請求項2記載
の筋電位計において、前記補償回路が前記検出電極から
入力された筋電位のノイズを除去する機能を有するもの
である。
【0013】請求項4記載の筋電位計は、請求項1,2
又は3記載の筋電位計において、前記増幅回路が、前記
検出電極から入力された筋電位を増幅する際の利得を設
定する機能と、前記検出電極から入力された筋電位に含
まれるノイズを増幅前に除去する高域通過フィルタとし
ての機能とを有するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る筋電位計の
第一実施形態を示す回路図である。図2は、図1の筋電
位計における増幅回路の一例を示す回路図である。図3
は、図1の筋電位計における送信回路の一例を示す回路
図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただ
し、図7と同一部分は同一符号を付すことにより重複説
明を省略する。
【0015】本実施形態の筋電位計10は、筋電位を入
力する一対の検出電極821,822と、検出電極82
1,822を皮膚に密着させる装着手段12と、検出電
極821,822から入力された筋電位を増幅して筋電
位信号として出力する増幅回路13と、増幅回路13か
ら出力された筋電位信号を無線によって出力する送信回
路15と、送信回路15及び増幅回路13に電力を供給
する電池16とを備えたものである。また、電池16は
ただ一つの直流定電圧を出力するものであり、この直流
定電圧を分圧して基準電圧として増幅回路13へ出力す
る補償回路18が付設されている。
【0016】増幅回路13には、バーブラウン社製「I
NA118」という名称のICを用いている。このIC
には、抵抗器131とコンデンサ132との直列回路が
接続されている。この直列回路により、検出電極82
1,822から入力された筋電位を増幅する際の利得を
設定する機能と、検出電極821,822から入力され
た筋電位に含まれるノイズを増幅前に除去する高域通過
フィルタとしての機能とが実現されている。
【0017】図2に示すように、増幅回路13は非反転
増幅器142及び差動増幅器143によって構成されて
いる。非反転増幅器142は、外付けの抵抗器131及
びコンデンサ132、オペアンプ133,134、抵抗
器135,136等によって構成されている。差動増幅
器143は、抵抗器137,138及びオペアンプ13
9によって構成されている。ここで、抵抗器131の抵
抗値をRG 、コンデンサ132の容量値をC、抵抗器1
35,136の抵抗値をR1 、抵抗器137,138の
抵抗値をR2 、抵抗器140,141の抵抗値をR3
する。抵抗器131は利得設定用であり、コンデンサ1
32が無ければすなわち短絡していれば、利得Gは、G
=1+50[kΩ] /RG で与えられる。
【0018】本実施形態では、抵抗器131にコンデン
サ132が直列に接続されているので、利得Gは次式で
与えられる。 G={(RG +2R1 )jωC+1}/(jωCRG
1)・(R3 /R2 )・・・ ここで、R3 =R2 、RG <<R1 、ωCR>>1とする
と、式は次式で与えられる。 |G|=1+2R1 /RG (ω→∞) ・・・ このとき、遮断周波数fC は次式で与えられる。 fC =1/2πCRG ・・・
【0019】補償回路18は、電池16の直流定電圧n
V(例えば3V)を分圧する抵抗器181,182と、
抵抗器181,182で得られる基準電圧n/2V(例
えば1.5V)を増幅回路13へ出力するボルテージフ
ォロワとしてのオペアンプ183と、オペアンプ183
の出力端子と増幅回路13の±入力端子との間にそれぞ
れ接続された抵抗器184,185とを備えている。オ
ペアンプ183の出力端子と増幅回路13の±入力端子
との間にそれぞれ抵抗器184,185を接続したこと
により、検出電極821,822から増幅回路13の±
入力端子までの電圧が抵抗器184,185を介してオ
ペアンプ183に負帰還するので、検出電極821,8
22から入力された筋電位のノイズが除去される。除去
されるノイズには、直流成分やコモンモードノイズが含
まれる。抵抗器181,182,184,185の抵抗
値は、例えばそれぞれ1MΩである。
【0020】図3に示すように、送信回路15は、例え
ば一般的なFM変調・発振回路であり、ハイパスフィル
タ部148及びFM変調・発振回路部149によって構
成されている。ハイパスフィルタ部148は、コンデン
サ150、抵抗器151〜153等によって構成されて
いる。ハイパスフィルタ部148のカットオフ周波数は
約16Hzである。FM変調・発振回路部149は、抵
抗器154,158、コンデンサ155,160、可変
コンデンサ156、コイル159等によって構成されて
いる。発振周波数を調整するには、可変コンデンサ15
6の容量値を変える。また、送信回路15は、例えばヘ
ルツ無線株式会社製「HRF−260シリーズ」という
ワイヤレスモジュールを用いてもよい。
【0021】装着手段12は、例えば検出電極821,
822間に塗布された粘着剤である。
【0022】次に、筋電位計10の動作を説明する。装
着手段12によって検出電極821,822を皮膚に密
着させると、筋肉活動によって生じる筋電位が検出電極
821,822から入力される。入力された筋電位は、
増幅回路13で増幅された後、送信回路15から無線に
よって図示しない計測器へ出力される。このように、従
来必要であったリード線が不要になるので、リード線に
よって制限されていた被験者の行動が自由になる。ま
た、電池16及び補償回路18によって、直流定電圧を
分圧して基準電圧として用いているので、従来必要であ
った二つの電源のうちの一方と接地電極とが不要とな
る。その結果、筋電位計10の小型化及び軽量化が達成
される。
【0023】図4乃至図6は本発明に係る筋電位計の第
二実施形態を示し、図4は斜視図、図5は底面図、図6
は図4におけるVI−VI線縦断面図である。以下、図1及
び図4乃至図6に基づき説明する。
【0024】本実施形態の筋電位計20は、検出電極8
21,822及び装着手段12が下面に設けられた第一
の板状体22と、第一の板状体22の上面に積層される
とともに増幅回路13、送信回路15及び補償回路18
の接地電位となる第二の板状体24と、第二の板状体2
4の上面に積層されるとともに増幅回路13、送信回路
15及び補償回路18の電子回路基板が収容された第三
の板状体26と、この第三の板状体26の上面に積層さ
れるとともに電池16が収容された第四の板状体28と
を備えたものである。板状体22〜28は、全て直径が
等しい円形である。板状体22,24には、透孔30
1,302が設けられている。透孔301,302に
は、検出電極821,822と増幅回路13とを接続す
るリード線321,322が挿通されている。
【0025】このように、板状体22〜28を積層した
四層構造としたので、平面的に構成する場合に比べて、
占有面積が最小限になるとともに、各層間の配線も最短
距離になる。その結果、筋電位計20の小型化及び軽量
化が達成される。
【0026】
【発明の効果】本発明に係る筋電位計によれば、検出電
極から入力された筋電位を増幅して無線によって出力す
ることにより、従来必要であったリード線を不要にでき
るので、リード線によって制限されていた被験者の行動
を自由にできる。これに加え、リード線の受信アンテナ
化又は揺動によって生ずるノイズも排除できる。
【0027】しかも、全体を四枚の板状体の積層構造と
したことにより、占有面積を最小限にできるとともに、
各層間の配線も最短距離にできるので、小型化及び軽量
化を達成できる。
【0028】請求項2記載の筋電位計によれば、ただ一
つの直流定電圧を分圧して基準電圧として用いることに
より、従来必要であった二つの電源のうちの一方と接地
電極とを不要にできるので、小型化及び軽量化を更に
成できる。
【0029】請求項3記載の筋電位計によれば、検出電
極から入力された筋電位のノイズを除去する機能を補償
回路に付与したことにより、SN比を向上できるので、
微弱な筋電位信号でも従来より精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る筋電位計の第一実施形態を示す回
路図である。
【図2】図1の筋電位計における増幅回路の一例を示す
回路図である。
【図3】図1の筋電位計における送信回路の一例を示す
回路図である。
【図4】本発明に係る筋電位計の第二実施形態を示す斜
視図である。
【図5】本発明に係る筋電位計の第二実施形態を示す底
面図である。
【図6】図4におけるVI−VI線縦断面図である。
【図7】従来の筋電位計を示す回路図である。
【符号の説明】
10,20 筋電位計 12 装着手段 13 増幅回路 15 送信回路 16 電池 18 補償回路 22 第一の板状体 24 第二の板状体 26 第三の板状体 28 第四の板状体 821,822 検出電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢田 直見 神奈川県横浜市都筑区桜並木2番1号 スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者 富田 豊 神奈川県横浜市都筑区大丸10−16−304 (56)参考文献 特開 平7−303616(JP,A) 特開 平7−248873(JP,A) 特開 平4−314423(JP,A) 特開 平8−229015(JP,A) 実開 平5−37482(JP,U) 特表 平5−500461(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筋電位を入力する一対の検出電極と、こ
    れらの検出電極を皮膚に密着させる装着手段と、前記検
    出電極から入力された筋電位を増幅して筋電位信号とし
    て出力する増幅回路と、この増幅回路から出力された筋
    電位信号を無線によって出力する送信回路と、この送信
    回路及び前記増幅回路に電力を供給する電池とを備えた
    筋電位計であって、 前記検出電極及び前記装着手段が下面に設けられた第一
    の板状体と、この第一の板状体の上面に積層されるとと
    もに前記増幅回路等の接地電位となる第二の板状体と、
    この第二の板状体の上面に積層されるとともに前記増幅
    回路等の電子回路基板が収容された第三の板状体と、こ
    の第三の板状体の上面に積層されるとともに前記電池が
    収容された第四の板状体とを備えたことを特徴とする筋
    電位計。
  2. 【請求項2】 前記電池がただ一つの直流定電圧を出力
    するものであり、この直流定電圧を分圧して基準電圧と
    して前記増幅回路へ出力する補償回路を更に備えた、
    求項1記載の筋電位計。
  3. 【請求項3】 前記補償回路は前記検出電極から入力さ
    れた筋電位に含まれるノイズを除去する機能を有する、
    請求項2記載の筋電位計。
  4. 【請求項4】 前記増幅回路は、前記検出電極から入力
    された筋電位を増幅する際の利得を設定する機能と、前
    記検出電極から入力された筋電位に含まれるノイズを増
    幅前に除去する高域通過フィルタとしての機能とを有す
    る、請求項1,2又は3記載の筋電位計。
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