JP4204868B2 - Electrical stimulation muscle strengthener - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋力増強、その他の機能回復のための運動訓練を行なう電気刺激式筋力増強器に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特許第3026007号公報
特許文献1には、主動筋である筋肉が収縮し、拮抗筋である筋肉が伸張しているときに、電気的刺激を与えて主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉を収縮させる手段を有することを特徴とする筋力増強器が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1の発明では、主動筋が収縮している時、拮抗筋は延びるが、この時拮抗筋に電気刺激を与えると、拮抗筋は収縮しながら伸長するという、遠心性収縮をさせることができ、高能率な運動増強ができる。しかし、主動筋と拮抗筋の収縮のバランスを取って安全に高能率に運動を行なうことは出来ない。又、主動筋と拮抗筋の収縮のバランスを検出するための構成が無く、好適に前記両筋の収縮のバランスを取ることが出来ない。
【0004】
本発明の目的は、筋力増強、機能回復を能率的に行なえる電気刺激式筋力増強器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決しようとする手段】
即ち本発明は、主動筋と拮抗筋の両方が弛緩している時に、主動筋及び拮抗筋に電気刺激を与えて主動筋及び拮抗筋の筋肉を収縮させる収縮手段(1)と、主動筋と拮抗筋の収縮を検出する検出手段(2)と、足受け(3)を設けた椅子(4)を有し、検出手段(2)は足受け(3)に掛かる力の方向又はバランスを検出する足受け検出器(5)であることを特徴とする電気刺激式筋力増強器である。又、主動筋と拮抗筋の両方が収縮している時に、主動筋及び/又は拮抗筋に電気刺激を与えて主動筋及び/又は拮抗筋の筋肉を収縮させる収縮手段(1)と、主動筋と拮抗筋の収縮を検出する検出手段(2)と、足受け(3)を設けた椅子(4)を有し、検出手段(2)は足受け(3)に掛かる力の方向又はバランスを検出する足受け検出器(5)である。更に、収縮手段(1)は、主動筋と拮抗筋の収縮を任意に制御する出力調節手段(6)を備えている。更に又、検出した主動筋及び拮抗筋の収縮状態に対応して、主動筋と拮抗筋の収縮がバランスするように、収縮手段(1)の出力を自動調節する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の電気刺激式筋力増強器15を用いて、被運動者(=患者)に対して主動筋と拮抗筋を同時収縮させる閉鎖性運動連鎖(CKC:Closed Kinetic Chain)の運動を行なう。
被運動者は椅子4に腰掛け、患側足を足受け3に乗せ、その患側下肢に力を入れ、足受け3を踏む。この動作により、大腿四頭筋及び大腿屈筋(ハムストリング、膝窩筋)が共同収縮し、閉鎖性運動連鎖による運動を行なう。
【0007】
筋肉を収縮させる収縮手段1は、主動筋と拮抗筋の両方が弛緩している時に、主動筋と拮抗筋に電気刺激を与え、主動筋と拮抗筋の筋肉を収縮させる。
【0008】
或いは、筋肉を収縮させる収縮手段1は、主動筋と拮抗筋の両方が収縮している時に、主動筋及び/又は拮抗筋に電気刺激を与え、主動筋及び/又は拮抗筋の筋肉を収縮させる。
【0009】
検出手段2は、足受け3に掛かる力の方向又はバランスを検出する足受け検出器(5)であり、主動筋と拮抗筋の収縮を検出する。
【0010】
電気刺激装置7に設けられた出力調節手段6は、主動筋と拮抗筋の収縮を任意に制御する。
【0011】
収縮手段1の出力は自動調節されて、検出した主動筋及び拮抗筋の収縮状態に対応して、主動筋と拮抗筋の収縮をバランスさせる。
【0013】
【実施例】
図1に本発明の実施例を示す。実施例は、被運動者が腰掛け姿勢で座る椅子4と、被運動者の主動筋及び拮抗筋を収縮させる収縮手段1と、被運動者が足に加えた力の方向又はバランスを検出する検出手段2とからなる。
【0014】
椅子4には、被運動者が足を置く足受け3が設けられる。
【0015】
検出手段2は、被運動者が足に加える力(筋収縮)を検出し更にその検出によって足裏に掛かる力の方向又はバランスを検出する手段であり、足受け3に設けられる足受け検出器5と、足受け検出器5の出力を表示する測定表示器8からなる。
【0016】
足受け検出器5は具体的には、足裏に掛かる力の方向を検出するものにあっては、足受け3の所定位置に設けられる二次元ロードセル18であり、足裏に掛かる力のバランスを検出するものにあっては、足受け3の表面の爪先側及び踵側にそれぞれ設けられる押圧センサ19であり、爪先側と踵側の各押圧力のバランスを検出する。
【0017】
又、足受け検出器5の他の具体例として、足裏に掛かる力の角度を検出するものにあっては、図2に示すように、足受け3の所定位置に設けられ足受け3の角度を検出する角度センサ20である。足受け3は軸21を介して支持枠17に回動自在に軸支される。
【0018】
収縮手段1は、筋肉に電気刺激を与え筋肉を収縮させる電気刺激装置7であり、該電気刺激装置7は、刺激電流を発生する電力回路9と、電力回路9の出力を調節する出力調節手段6と、出力調節手段6を自動操作し出力を調節する自動調節回路16と、電力回路9の出力電流を導く導線10と、被運動者の表皮に当接し通電する導子11とからなる。導子11は一対を一組としたものが複数組準備される。
【0019】
大腿四頭筋及び大腿屈筋に発生する筋電を検出する筋電計12、筋電用導線13及び筋電用導子14は、大腿四頭筋及び大腿屈筋のそれぞれに筋電用導子14を当接し、大腿四頭筋及び大腿屈筋に発生する筋電位の値を筋電計12に表示し、その表示から大腿四頭筋及び大腿屈筋の各筋の収縮状態を個別に知る。
【0020】
実施例を使用する場合は、被運動者は、椅子4に腰掛け姿勢で着座し、足を足受け3に載せる。電気刺激装置7の導子11を、被運動者の大腿屈筋と大腿四頭筋にそれぞれ装着する。
【0021】
被運動者は、足受け3を踏み込む方向に足に力を加え、運動を開始する。この運動は主動筋と拮抗筋が同時に収縮するCKC運動である。
【0022】
足受け検出器5は、被運動者の足により押された時に足受け3が受ける力を検出し、検出した値を電気信号に変換し、該電気信号を測定表示器8に力の方向又はバランスとして表示する。この表示から、大腿屈筋の収縮の強さと大腿四頭筋の収縮の強さが分かり、更に当該両筋の収縮のバランスが判断できる。
【0023】
足受け検出器5の出力を得て大腿屈筋及び大腿四頭筋のバランス状態を演算する自動調節回路16で出力調節手段6を制御し、電力回路9が出力する電流を、それぞれ個別に好適値になして大腿屈筋及び/又は大腿四頭筋に流し、当該両筋を収縮させる。それら両筋の内、収縮の弱い方の筋に多く電流を流し、前記両筋の収縮の強さのバランスを図る。
【0024】
即ち、電気刺激で大腿屈筋及び/又は大腿四頭筋の収縮を加勢し、足受け3に与える踵側の力と、足受け3に与える爪先側の力とをバランスさせる。
図1のBで示す力の方向(足裏から股関節方向)が爪先側の力と踵側の力とがバランスした方向であり、A又はCで示す力の方向を電気刺激によって前記B方向へ修正する。
【0025】
二次元ロードセル18で検出した力の方向が、図1のAで示す方向の時は、大腿四頭筋が大腿屈筋より強く収縮している。
この時は、電気刺激装置7の出力調節手段6を自動調節回路16が自動操作して電力回路9から出力する電流を好適値になして大腿屈筋に流し、電気刺激で大腿屈筋の収縮を加勢し、図1のBで示す力の方向へ修正し、足受け3に与える爪先側の力と、足受け3に与える踵側の力とをバランスさせ、前記両筋の収縮の強さのバランスを図る。
【0026】
押圧センサ19で検出した押圧力の値が、踵側が爪先側より大きい時は、大腿四頭筋が大腿屈筋より強く収縮している。
この時は、電気刺激装置7の出力調節手段6を自動調節回路16が自動操作して電力回路9から出力する電流を好適値になして大腿屈筋に流し、電気刺激で大腿屈筋の収縮を加勢し、足受け3に与える爪先側の押圧力と、足受け3に与える踵側の押圧力とをバランスさせる。
【0027】
角度センサ20で検出した角度が踵側に増角している時は、大腿四頭筋が大腿屈筋より強く収縮している。この時は、電気刺激装置7の出力調節手段6を自動調節回路16が自動操作して電力回路9から出力する電流を好適値になして大腿屈筋に流し、電気刺激で大腿屈筋の収縮を加勢し、足受け3に与える爪先側の力と、足受け3に与える踵側の力とをバランスさせ、足受け3の傾斜角度を元位置に回復させる。
【0028】
二次元ロードセル18で検出した力の方向が、爪先側が踵側より大きい時は、大腿屈筋が大腿四頭筋より大きく収縮している。
この時は、出力調節手段6が操作されて電力回路9から出力する電流が好適値になって大腿四頭筋に流れ、電気刺激は大腿四頭筋の収縮を加勢し、足受け3に与える爪先側の力と、足受け3に与える踵側の力とをバランスさせ、前記両筋の収縮の強さのバランスを図る。
【0029】
押圧センサ19で検出した力の値が、爪先側が踵側より押圧力が大きい時は、大腿屈筋が大腿四頭筋より強く収縮している。
この時は、出力調節手段6が自動操作されて電力回路9から出力する電流が好適値になって大腿四頭筋に流れ、電気刺激は大腿四頭筋の収縮を加勢し、足受け3に与える爪先側の押圧力と、足受け3に与える踵側の押圧力とをバランスさせる。
【0030】
角度センサ20で検出した角度が爪先側に増角している時は、大腿屈筋が大腿四頭筋より強く収縮している。
この時は、出力調節手段6が自動操作されて電力回路9から出力する電流が好
適値になって大腿四頭筋に流れ、電気刺激は大腿四頭筋の収縮を加勢し、足受け3に与える爪先側の力と、足受け3に与える踵側の力とをバランスさせ、足受け3の傾斜角度を元位置に回復させる。
【0031】
被運動者が自ら筋を収縮できない場合は、介助者は、足受け3に与える力を検出しながら電気刺激装置7の出力電流を大腿四頭筋及び大腿屈筋に与え、これら大腿四頭筋及び大腿屈筋を収縮させ筋力増強を図る。
その際、介助者は、出力調節手段6を操作し、電力回路9から出力する電流を好適値になし、その電流を被運動者の大腿四頭筋及び大腿屈筋に流し、爪先側が発現する力と踵側が発現する力とをバランスさせつつ両筋を収縮させる。
【0032】
尚、前述した2つの実施例では、被運動者が椅子4に腰掛け姿勢で着座し、足受け3を踏み込む方向に力を加える運動状態時において、主動筋と拮抗筋の両筋、又は主動筋と拮抗筋のどちらか一方の筋に電気刺激を与えたが、本発明に係る電気刺激式筋力増強器15は前記運動状態時での使用に限定されるものではなく、例えば、被運動者がサドルに着座し、負荷の与えられているペダルを漕ぐ運動(サイクル運動)状態時等において、主動筋と拮抗筋の両筋、又は主動筋と拮抗筋のどちらか一方の筋に電気刺激を与えるものであっても良い。
【0033】
即ち、本発明に係る電気刺激式筋力増強器15は、主動筋と拮抗筋の両筋が弛緩している状態の時に主動筋と拮抗筋の両筋に電気刺激を与えるか、主動筋と拮抗筋の両筋が収縮している状態の時に主動筋と拮抗筋の両筋、又は主動筋と拮抗筋のどちらか一方の筋に電気刺激を与えることができればよい。
【0034】
【発明の効果】
本発明は、主動筋と拮抗筋の両方が弛緩している時に、主動筋及び拮抗筋に電気刺激を与えて主動筋及び拮抗筋の筋肉を収縮させる収縮手段1を有するものである。
この構成によれば、主動筋と拮抗筋が同時弛緩し、自ら筋収縮が不可能な被運動者に対して収縮手段1をもって、閉鎖性運動連鎖による筋力増強訓練が可能になり、好都合である。
【0035】
本発明は、主動筋と拮抗筋の両方が収縮している時に、主動筋及び/又は拮抗筋に電気刺激を与えて主動筋及び/又は拮抗筋の筋肉を収縮させる収縮手段1を有するものである。
この構成によれば、主動筋と拮抗筋が同時収縮している場合、被運動者の随意訓練に電気刺激による筋収縮がプラスされるので、閉鎖性運動連鎖による筋力増強訓練の効果がより高くなり、好都合である。
【0036】
又、随意訓練だけでは正確な閉鎖性運動連鎖による筋力増強訓練が困難であるが、本発明は、足受け3に掛かる力の方向又はバランスを検出する足受け検出器5により、主動筋と拮抗筋の収縮状態を検出し、収縮が弱い方の筋に通電刺激して収縮のバランスが取れるので、正確な閉鎖性運動連鎖による筋力増強訓練が可能となり、このため、安全かつ有効な筋力増強訓練が行なえ、好都合である。
【0037】
本発明は、主動筋と拮抗筋の収縮を検出する検出手段2を設けたものであるから、どちらの筋の収縮が弱いかが分かり、弱い方の筋に通電刺激を与え筋収縮のバランスを図ることができ、良好な筋力増強が図れ、好都合である。
【0038】
本発明は主動筋と拮抗筋の収縮を任意に制御する出力調節手段6を設けたので、該出力調節手段6で容易に、主動筋と拮抗筋の収縮を任意に制御でき、弱く働いている筋に通電刺激を与え筋収縮のバランスを図ることができ、又、運動中の主動筋又は拮抗筋の内いずれかを選択的に強く通電刺激することができ、好都合である。
【0039】
本発明は、検出した主動筋及び拮抗筋の収縮状態に対応して、主動筋と拮抗筋の収縮がバランスするように、収縮手段1の出力を自動調節するものであるから、操作者による誤操作の心配が無く、正確に主動筋と拮抗筋の収縮バランスが取れ、又、操作手数が省略でき、好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図である。
【図2】本発明の実施例に係る足受け検出器の他の具体例を示す図である。
【符号の説明】
1 収縮手段
2 検出手段
3 足受け
4 椅子
5 足受け検出器
6 出力調節手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrical stimulation type muscle strength enhancer that performs exercise training for muscle strength enhancement and other functional recovery.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
In Japanese Patent No. 3026007,
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the invention of
[0004]
An object of the present invention is to provide an electrical stimulation type muscle strength enhancer capable of efficiently performing muscle strength enhancement and functional recovery.
[0005]
[Means to solve the problem]
That is, the present invention provides a contraction means (1) for applying electrical stimulation to the main and antagonist muscles to contract the main and antagonist muscles when both the main and antagonist muscles are relaxed , It has a detection means (2) for detecting the contraction of the antagonistic muscle and a chair (4) provided with a footrest (3), and the detection means (2) detects the direction or balance of the force applied to the footrest (3). It is an electric stimulation type muscular strength enhancer characterized by being a footrest detector (5) . In addition, when both the main muscle and the antagonist muscle are contracted, contraction means (1) for applying electrical stimulation to the main muscle and / or antagonist muscle to contract the main muscle and / or antagonist muscle, and the main muscle And a detection means (2) for detecting the contraction of the antagonistic muscle and a chair (4) provided with a footrest (3), and the detection means (2) determines the direction or balance of the force applied to the footrest (3). It is a footrest detector (5) to detect. Furthermore, the contraction means (1) includes an output adjustment means (6) for arbitrarily controlling the contraction of the main and antagonist muscles. Furthermore, the output of the contraction means (1) is automatically adjusted so that the contraction of the main and antagonist muscles is balanced in accordance with the detected contraction state of the main and antagonist muscles.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Using the electrical stimulation type
The exercised person sits on the
[0007]
The contraction means 1 for contracting muscles applies electrical stimulation to the main and antagonist muscles when both the main and antagonist muscles are relaxed, and contracts the main and antagonist muscles.
[0008]
Alternatively, the contraction means 1 for contracting muscles applies electrical stimulation to the main and / or antagonist muscles and contracts the main and / or antagonist muscles when both the main and antagonist muscles contract. .
[0009]
The detection means 2 is a footrest detector (5) that detects the direction or balance of the force applied to the footrest 3, and detects the contraction of the main and antagonist muscles.
[0010]
The output adjusting means 6 provided in the
[0011]
The output of the contraction means 1 is automatically adjusted to balance the contraction of the main and antagonist muscles in accordance with the detected contraction state of the main and antagonist muscles.
[0013]
【Example】
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the embodiment, the
[0014]
The
[0015]
The detection means 2 is a means for detecting the force (muscle contraction) applied to the foot by the exercised person, and further detecting the direction or balance of the force applied to the sole by the detection, and a footrest detector provided in the footrest 3 5 and a
[0016]
Specifically, when detecting the direction of the force applied to the sole, the footrest detector 5 is a two-
[0017]
As another specific example of the footrest detector 5, in the case of detecting the angle of the force applied to the sole, as shown in FIG. 2, the footrest 3 is provided at a predetermined position of the footrest 3. An
[0018]
The contraction means 1 is an
[0019]
An
[0020]
When using the embodiment, the exerciser sits on the
[0021]
The exercised person applies force to the foot in the direction of stepping on the footrest 3 and starts exercising. This exercise is a CKC exercise in which the main and antagonist muscles contract simultaneously.
[0022]
The footrest detector 5 detects the force received by the footrest 3 when pressed by the foot of the person to be moved, converts the detected value into an electric signal, and the electric signal is sent to the
[0023]
The output adjustment means 6 is controlled by an
[0024]
That is, the contraction of the femoral flexor and / or quadriceps is urged by electrical stimulation to balance the heel side force applied to the footrest 3 and the toe side force applied to the footrest 3.
The direction of the force indicated by B in FIG. 1 (from the sole to the hip joint) is a direction in which the force on the toe side and the force on the heel side are balanced, and the direction of the force indicated by A or C is changed to the B direction by electrical stimulation. Correct it.
[0025]
When the direction of the force detected by the two-
At this time, the
[0026]
When the value of the pressing force detected by the pressing
At this time, the
[0027]
When the angle detected by the
[0028]
When the direction of the force detected by the two-
At this time, the output adjusting means 6 is operated, and the current output from the power circuit 9 becomes a suitable value and flows to the quadriceps muscle, and the electrical stimulation applies the contraction of the quadriceps muscle and gives it to the footrest 3. The force on the toe side and the force on the heel side applied to the footrest 3 are balanced to balance the strength of contraction of the two muscles.
[0029]
When the force value detected by the
At this time, the output adjusting means 6 is automatically operated, and the current output from the power circuit 9 becomes a suitable value and flows to the quadriceps, and the electrical stimulation urges the contraction of the quadriceps. The pressing force on the toe side to be applied and the pressing force on the heel side applied to the footrest 3 are balanced.
[0030]
When the angle detected by the
At this time, the output adjusting means 6 is automatically operated, and the current output from the power circuit 9 becomes a suitable value and flows to the quadriceps, and the electrical stimulation urges the contraction of the quadriceps. The toe side force to be applied and the heel side force to be applied to the footrest 3 are balanced to restore the inclination angle of the footrest 3 to the original position.
[0031]
When the exercised person cannot contract the muscle by himself, the assistant gives the output current of the
At that time, the assistant operates the output adjusting means 6 to set the current output from the power circuit 9 to a suitable value, and flows the current to the quadriceps and flexor muscles of the exercised person, and the force developed on the toe side. Both muscles contract while balancing the force expressed by the heel side.
[0032]
In the two embodiments described above, when the exerciser sits on the
[0033]
That is, the electrical stimulation type
[0034]
【The invention's effect】
The present invention has the contraction means 1 for applying electrical stimulation to the main and antagonist muscles to contract the main and antagonist muscles when both the main and antagonist muscles are relaxed.
According to this configuration, the main muscle and the antagonist muscle relax simultaneously, and it is possible to perform muscle strengthening training by the closed motor chain with the contraction means 1 for the exercised person who is unable to contract muscle by himself. .
[0035]
The present invention has a contraction means 1 for contracting the main and / or antagonist muscles by applying electrical stimulation to the main and / or antagonist muscles when both the main and antagonist muscles are contracting. is there.
According to this configuration, when the main and antagonist muscles contract simultaneously, muscle contraction due to electrical stimulation is added to the voluntary training of the exercised person, so the effect of muscle strengthening training by the closed motor chain is higher. Is convenient.
[0036]
In addition, although it is difficult to train muscular strength strengthening by an accurate closed chain by only voluntary training, the present invention antagonizes the main muscles with the footrest detector 5 that detects the direction or balance of the force applied to the footrest 3. The muscle contraction state is detected, and the muscles with weak contraction are energized and stimulated to balance the contraction. Therefore, it is possible to perform muscle strengthening exercises using an accurate closed movement chain, and thus safe and effective muscle strength training. Is convenient.
[0037]
Since the present invention is provided with the detecting
[0038]
Since the present invention is provided with the output adjusting means 6 for arbitrarily controlling the contraction of the main and antagonist muscles, the output adjusting means 6 can easily control the contraction of the main muscle and the antagonist muscle and works weakly. Conveniently, it is possible to apply an electrical stimulation to the muscle to balance muscle contraction and to selectively and selectively stimulate either the main muscle or the antagonist muscle during exercise.
[0039]
The present invention automatically adjusts the output of the contraction means 1 so that the contraction of the main and antagonist muscles is balanced in accordance with the detected contraction state of the main and antagonist muscles. This is convenient because the contraction balance of the main and antagonist muscles can be accurately obtained, and the number of operations can be omitted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing another specific example of the footrest detector according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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