JP4875916B2 - 筋力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検者の筋力を測定するための筋力測定装置さらには被検者の等尺性筋力を測定するのに好適な筋力測定装置に関する。

従来、長期療養中の被検者の筋力を測定しリハビリを促進するために徒手筋力検査法（ＭＭＴ；manual muscle test）による筋力測定が利用されている。この徒手筋力検査法は、被検者の筋力を６段階で評価するもので、身体のほとんどの関節運動で検査可能であり、コストもかからず、筋力強化の種目設定、障害病巣の診断に有効であり、現在もなお広く利用されている。しかし、この評価は理学療法士が被検者の筋力を自らの体感によって判断する手法であるため、高度の熟練が必要であり、またその評価は非定量的であって客観性に欠けるという欠点がある。 そこで、臨床現場において、被検者の筋力を定量的かつ客観的に評価しやすい手法に関心が向けられ、ハンドヘルドダイナモメーター（ＨＤ；hand-held dynamometer、以下、単に「ＨＤ」と略す。）が注目されるようになってきた。ＨＤは、比較的安価であり、絶対尺度でのデータが得られる可能性を有する装置である。 従来提供されているＨＤは、例えば特許文献１の図１０に示されているように、被検者の測定部位が直接接触する部分であるアタッチメント２０３と、圧力センサを内蔵した把持部２０１と、それらの間に介在された支柱２０２とからなる構造を有していた。

かかるＨＤは、構造上アタッチメント２０３と把持部２０１との間に支柱２０２があるため、被検者がアタッチメント２０３へ力を入れる入力方向によってはそれと釣り合う検者の力は被検者の力の分力となってしまう。つまり、従来のＨＤは、被検者の測定部位と検者の持つ把持部２０１との押し合う等しい力が同軸上にないと正しい測定値が得られないという課題があった。 そこで、本発明者らは、複数の圧力センサを平面状に並べて配置することで、被検者の力が装置に対して斜めに加わったり偏って作用したりしても、正確な測定値が得られる平形の筋力測定装置に関する発明をなし、先に出願した（特許文献１）。
特開２００１−０７０２８８号公報

上記先願発明の筋力測定装置においては、被検者が装置へ力を加えた際に装置の表面が硬いと痛みを感じるおそれがあると考えて、その痛みを和らげるためウレタンパッドやシリコンパッドなどからなる緩衝材を装置の表面に装着するようにした。しかしながら、本発明者らがその後に臨床実験を繰り返し実施したところ、筋力の測定部位すなわち筋力測定装置が被検者の肌と接触する部位が例えばすねのような外力に対して痛みを感じやすい部位であるような筋力測定の際には、装置の表面の緩衝材のみでは被検者の痛みを和らげることが困難であるという課題があることが明らかになった。 本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、被検者の力が作用する方向がばらついたり一方に偏って働いたりしても正確に筋力を測定することができるとともに、測定に際して被検者に不快な痛みを与えることがない筋力測定装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、使用環境に応じて使い方を変えることができ、しかも、測定に際して被検者に不快な痛みを与えることがない筋力測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る筋力測定装置は、押圧力を検出するためのセンサ部と、該センサ部に結合されループ状に形成可能なベルトと、前記センサ部を被覆可能な弾力性を有するパッドと、前記センサ部に電気的に接続され該センサ部からの検出信号に応じて筋力の測定値を表示する表示器とを設け、前記センサ部は、両側に前記ベルトの端部を挿通可能な孔を有するベースプレートと、２次元的に配置された複数の圧力検出素子を内部に有し前記ベースプレートに取り付けられた平板状の圧力センサと、を備えるようにした。
この発明によれば、被検者の測定部位にはベルトを接触させ、センサ部は支柱などに接触させた状態で所定の部位の筋力を測定することができるため、測定に際して被検者に不快な痛みを与えることがないとともに、センサ部は２次元的に配置された複数の圧力検出素子を有し全体として平板状に形成しているため、被検者の筋力がセンサ部に斜めに作用したり中心から偏った位置に作用したりしてもその分力を検出することとならず、筋力を正確に検出することができる。
ここで、望ましくは、前記圧力センサは前記ベースプレートに着脱可能に取り付けられるようにする。これにより、圧力センサを、ベルトからはずした状態で使用することが可能となり、たとえば握力の測定器などしても使用することができるようになる。

また、前記パッドは、被検者の体の一部に接触する外表面と前記圧力センサに接触する内面との間に、内面から外表面へ向かって形成された複数の穴を有する構造とされ、前記複数の穴の断面積と穴の数を変えることにより弾力性を調整可能とする。これにより、パッドに使用する素材の特性、被検者の性別や年齢差、体格差などを考慮した弾力性をパッドに与えることができ、被検者に与える痛みを和らげつつ、筋力を正確に検出することができるようになる。

さらに、望ましくは、前記パッドを支柱に固定するためのクランプ用ベルトをさらに備え、該クランプ用ベルトには前記パッドの外側に前記圧力センサを保持する保持手段を設けるようにする。これにより、測定時に補助者がセンサを保持している必要がなく、筋力測定を簡単に行なえるようになる。

また、前記センサ部は引っ張り力を検出する歪みセンサを備え、該歪みセンサは前記ベースプレートに取り付けるようにする。これにより、測定環境に応じて圧力センサと歪みセンサを使い分けた測定が可能となり、装置の使い勝手が向上する。

さらに、前記表示器は、前記圧力センサの出力に基づく測定値を表示するのか前記歪みセンサの出力に基づく測定値を表示するのかの指示を入力するためのスイッチを備えるようにする。測定に使用するセンサを自動的に判別して測定値を表示器に表示させるには、複雑な制御回路が必要になりコストアップや誤動作を招くおそれがあるが、表示切替え用のスイッチを設けることにより、安価で誤動作のない測定装置を実現することができる。

また、前記ベルトおよび前記圧力センサを挿通可能な開口部と、支柱または軸と係合可能な凹部と、該凹部内に先端が突出可能な締め付けボルトとを備えたセンサ保持用の補助部材をさらに備えるようにする。これにより、測定中に圧力センサやベルトの位置がずれるのを確実に防止することができる。

本願の他の発明に係る筋力測定装置は、両側にそれぞれベルトの端部を挿通可能な孔を有し引っ張り力を検出する歪みセンサが設けられているベースプレートと、該ベースプレートの前記孔に端部が挿通されたベルトとを備えるようにしたものである。かかる構成によれば、部品点数が少なく簡単な構造で、測定に際して被検者に不快な痛みを与えることがない安価な筋力測定装置を実現することができるようになる。 また、望ましくは、前記ベルトは２本のベルトからなり、各ベルトの前記ベースプレートとの結合側と反対側の端部にそれぞれループを形成可能なクランプベルトを備えるようにする。２本のベルトの端部にそれぞれループを形成可能なクランプベルトを設けることにより、センサ部に働く力が直線状となり、被検者の筋力をより正確に測定することができる。

本発明に従うと、被検者の力が作用する方向がばらついたり一方に偏って働いたりしても正確に筋力を測定することができるとともに、測定に際して被検者に不快な痛みを与えることがない筋力測定装置を実現することができる。また、使用環境に応じて使い方を変えることができ、しかも、測定に際して被検者に不快な痛みを与えることがない筋力測定装置を実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る筋力測定装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態） 図１には、本発明に係る筋力測定装置の第１の実施の形態が示されている。第１の実施の形態の筋力測定装置
は、センサ部１０と、該センサ部１０に結合されループを形成可能な伸縮性の少ないベルト２０と、ケーブル３５を介してセンサ部１０に電気的に接続され測定結果を表示するための表示装置３０とにより、等尺性筋力計として構成されている。ベルト２０は、その両端部がそれぞれセンサ部１０に結合され、途中にはベルトをループ状態にしたり両端が開放した紐状態にしたりするための着脱装置２１や長さ調整手段２２が設けられている。

表示装置３０には、表示器３１と該表示器を測定者の腕などに装着できるようにするための伸縮性を有するベルト３２や表示切替え用のスイッチボタン３３等が設けられている。また、図示しないが、表示器３１の内部には前記センサ部１０からの検出信号に応じて筋力の換算値を算出する演算回路が設けられている。

センサ部１０は、図３に拡大して示すように、所定の間隔をおいて並行に設けられた一対の矩形状の平板１１ａ，１１ｂと、該平板１１ａ，１１ｂ間の４隅に配置された圧力検出素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、平板１１ｂの側からこれを覆うように装着されるウレタンなどからなるパッド１７とを備え、一方の平板１１ａがマジックファスナー（登録商標）のような面ファスナー１８によってベースプレート１３に固定可能にされている。

上記平板１１ａ，１１ｂと圧力検出素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとによって圧力センサ１２が構成され、この圧力センサ１２は面ファスナーにより着脱可能にされている。また、図示しないが、圧力センサ１２内には圧力検出素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにバイアスを与えたり信号を増幅したりする回路と、検出した信号を表示器３１へ送るケーブル３５を接続するための端子またはコネクタが設けられている。パッド１７は、後述のように、被検者の肌に接触する場合には痛みを和らげる緩衝材として作用し、椅子の脚などの器具に接触する場合には摩擦力により滑りを防止する部材として作用する。

図３において、（Ａ）はセンサ部１０の正面図、（Ｂ）はセンサ部１０をその中心にて縦方向に断面して示した断面側面図、（Ｃ）は（Ａ）から圧力センサをはずした状態を示す正面図である。図３に示すように、センサを保持するベースプレート１３の対向する辺（図では上辺と下辺）には、ベルト２０の端部が挿通される細長い孔１４ａ，１４ｂを有するベルト捲回部１５ａ，１５ｂが設けられている。

さらに、ベースプレート１３の一方の表面（図ではセンサ取り付け側の面）には、ベースプレート１３に引っ張り力が作用してプレートが変形したときにその歪み量から引っ張り力を検出するための歪みセンサ１６が貼着されている。１６ａ，１６ｂは歪みセンサ１６のリード端子であり、センサ内部にはリード端子１６ａ，１６ｂに両端が接続され蛇行状に形成された配線が形成され、ベースプレート１３の変形に伴ってこの配線の長さが変化することによって変化する抵抗値の変化を電流値の変化として取り出すことで歪み量を検出し、引っ張り力に換算することで被検者の筋力を測定することができるようになっている。

かかる歪みセンサ１６は公知であり、本発明においては公知の歪みセンサを用いることができるので、詳しい構造の図示は省略する。なお、歪みセンサ１６は必ず必要なものではなく、省略することも可能である。圧力センサ１２と共に歪みセンサ１６を設けておくことにより、色々な使用形態が可能となり、使い勝手が向上するという利点がある。

パッド１７は、図２に拡大して示すように、外側表面が凹状に湾曲されているとともに、内側には圧力センサ１２に係合可能な矩形状の係合凹部１７ａが、またこの係合凹部１７ａの底面から外側の凹面に向かって複数の円筒状の穴１７ｂが形成されており、この穴の数や径を、パッドを構成するウレタンなどの材料の弾性に応じて変更することによって最適な弾力性を有するように設定圧力検出できるようになっている。

次に、上記のような構成を有する実施形態の筋力測定装置の使用方法を説明する。

図４は、本実施形態の筋力測定装置を使用して一例として被検者の等尺性膝伸展筋力を測定する場合の使用状態が示されている。図４のように、椅子に座っている被検者の足６０のすねと椅子の脚７０との間にベルト２０を回して着脱装置２１を係合させるとともに、長さ調整部２２でベルトの長さを調整し、センサ部１０を椅子の脚７０の背面側に位置させパッド１７を脚７０に接触させることで測定可能な状態となる。この状態で、被検者が足を前の方へ押し出すように力を入れると、その力がベルト２０を介してセンサ部１０に伝わり、内部の圧力検出素子を押圧することで等尺性膝伸展筋力が測定され、表示装置３０に表示される。

この実施形態の筋力測定装置においては、被検者の足にはベルトのみ接触しセンサやそれに装着されたパッドが接触することがないため、痛みを与えることなく膝伸展筋力の測定が可能となる。

なお、本実施形態の筋力測定装置は、前述したようにセン部１０に引っ張り力を検出するための歪みセンサを設けているので、センサ部１０をそのパッド１７が椅子の脚７０に接触しない位置例えば図４において長さ調整部２２が示されている位置もしくはその反対側に来るような状態（図８(Ａ)参照）にすることで、膝伸展筋力を測定することができる。圧力センサが検知した値または歪みセンサが検知した値のいずれを表示させるかは、表示装置３０に設けられているスイッチボタン３３を操作することで選択できるように構成することができる。

（第２の実施の形態） 図５には、本発明に係る筋力測定装置の第２の実施の形態が示されている。第２の実施形態の筋力測定装置は、パッド１７をセンサ部１０に装着する代わりに、途中にパッド１７を設けたクランプ用ベルト４０を用意しておいて、椅子やベッドの脚７０にパッドを装着できるように構成されている。また、センサ部１０はベースプレート１３から外されてクランプ用ベルト４０のパッドと反対側に設けられている図示しないポケットに挿入される。このポケットの外側には面ファスナーが設けられており、この面ファスナーとベースプレート１３に設けられている面ファスナー１８とが結合した状態で測定準備が完了する。

第１の実施形態の筋力測定装置は、図４の状態（特に測定開始直前）で、センサ部１０が椅子の脚７０に沿って滑り落ちないように補助者が手で保持している必要があるが、第２の実施形態の筋力測定装置は、クランプ用ベルト４０によってセンサ部１０が椅子の脚７０に沿って滑り落ちないように保持されるため、補助者が手で保持している必要がないという利点がある。

図６には、図５の第２実施形態の変形例が示されている。図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図である。この変形例は、断面が円形の脚ではなく断面が４角形の脚を利用して測定を行なえるようにするため、クランプ用のベルト４０を使用する代わりに、センサ部１０を保持可能な補助部材５０を設けたものである。この補助部材５０は、断面が４角形の脚７０に係合可能な凹部５１と、該凹部５１内に先端が突出可能な締め付け用ネジ５２と、ベルト２０とセンサ部１０を挿通させる開口部５３を有するように構成されている。

この補助部材５０の前面には面ファスナー５４を貼着しておくようにすると良い。このようにしておくことにより、図７（Ａ）のように、センサ部１０をその裏面に設けられている面ファスナーを補助部材５０の前面の面ファスナー５４に接合させることで、トレーニングマシンなどの支柱に圧力センサを取り付けて等尺性膝伸展筋力の測定を行なう筋力測定装置として使用することが可能となる。また、トレーニングマシンには稼動アームに水平方向の軸を有するものがあるので、そのようなマシンに図６の補助部材５０を９０度回転させて、図７（Ｂ）のように取り付けることによって、等尺性や等速性膝伸展筋力の測定を行なう筋力測定装置として使用する方法も可能である。

（第３の実施の形態） 図８には、本発明に係る筋力測定装置の第３の実施の形態が示されている。第３の実施形態の筋力測定装置は、第１の実施形態の筋力測定装置において圧力センサ１２と歪みセンサ１６を有するセンサ部１０の代わりに、ベースプレートに歪みセンサ１６のみ設けたセンサ部１０を用いるようにしたものである。

第３の実施形態においては、図８（Ａ）のように、着脱装置２１でベルト２０の両端を結合してループ状とし、センサ部１０や着脱装置２１のない部位に被検者の体の一部と支柱等を接触させて矢印の方向へ力を作用させてセンサ部１０に引っ張り力が働くようにすることによって、第１の実施形態で説明したベルト２０と同じ構成のベルトを使用することができる。

また、ベルト２０をループ状にする代わりに、図８（Ｂ）のように、ベルトの両端にそれぞれ面ファスナーを用いてループ状に結合可能なクランプベルト２３ａ，２３ｂを設け、一方のクランプベルト２３ａを被検者の体の一部に、また他方のクランプベルト２３ｂを椅子やベッドの脚に巻き付けることによって、センサ部１０に設けられている歪みセンサを利用して筋力の測定を行なえるように構成しても良い。

図８（Ａ）または（Ｂ）のいずれの場合も、第１の実施形態と同様に、被検者の体にはベルトのみ接触しセンサやそれに装着されたパッドが接触することがないため、痛みを与えることなく筋力の測定が可能となる。図８（Ｂ）のベルトは、一方のクランプベルト２３ａの片側と他方のクランプベルト２３ｂの片側とを結合させることで、図８（Ａ）と同様にループ状にして使用することも可能である。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施形態では、圧力センサ１２を着脱可能に構成した例を示したが、圧力センサ１２をベルト２０と一体に構成することも可能である。また、第２の実施形態（図５）におけるクランプベルト４０と圧力センサ１２とを一体に構成することも可能である。圧力センサ１２に内蔵する圧力検出素子には、圧電素子のほか、ワイヤーストレインゲージ、静電容量センサ等を用いても良い。また、圧力検出素子は４個に限定されず、３個あるいは５個以上であっても良い。

さらに、第１〜第３の実施形態においては、圧力センサ１２や歪みセンサ１６を有するセンサ部１０とは別個に表示装置３０を設けているが、センサ部１０に表示装置３０を一体に設けることも可能である。また、前記第１の実施形態では、圧力センサ１２をベースプレート１３に対して着脱可能に設けるとしたが、圧力検出素子１２ａ〜１２ｄをベースプレート１３上に直接設けて圧力センサと歪みセンサが一体となったセンサとして構成するようにしてもよい。さらに、前記実施形態では、被検者の足の筋力を測定する場合を図示して説明したが、本発明の筋力測定装置は、被検者の腕など体の他の部位の筋力測定にも使用することができることはいうまでもない。

本発明に係る筋力測定装置の第１の実施の形態を示す全体斜視図である。 圧力センサに係合されるパッドの具体例を示す底面図および断面側面図である。 第１の実施形態の筋力測定装置のセンサ部の詳細な構成を示す正面図、側面図および圧力センサをはずした状態を示す正面説明図である。 第１の実施形態の筋力測定装置を使用して被検者の足の筋力を測定する場合の使用状態を示す側面図である。 本発明に係る筋力測定装置の第２の実施形態を示す断面平面図である。 第２の実施形態の筋力測定装置の変形例で用いられる補助部材の構造を示す正面図および側面図である。 図６の変形例で用いられる補助部材の他の構成例と使用方法を示す正面図である。 本発明に係る筋力測定装置の第３の実施形態とその変形例を示す全体斜視図である。

符号の説明

１０ センサ部 １２ 圧力センサ １２ａ〜１２ｄ 圧力検出素子 １３ ベースプレート １４ａ，１４ｂ ベルト挿通孔 ２０ ベルト ２１ 着脱装置 ２２ 長さ調整手段 ３０ 表示装置 ３１ 表示器 ３２ ベルト ３３ スイッチボタン ３５ ケーブル

Claims (8)

1. 表面への押圧力を検出するためのセンサ部と、
   前記センサ部に結合されループ状に形成可能なベルトと、
   前記センサ部を被覆可能な弾力性を有するパッドと、
   前記センサ部に電気的に接続され該センサ部からの検出信号に応じて筋力の測定値を表示する表示器と、を備えた筋力測定装置であって、
   前記センサ部は、両側に前記ベルトの端部を挿通可能な孔を有するベースプレートと、２次元的に配置された複数の圧力検出素子を内部に有し前記ベースプレートに取り付けられた平板状の圧力センサと、を備えていることを特徴とする筋力測定装置。
2. 前記圧力センサは前記ベースプレートに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の筋力測定装置。
3. 前記パッドは、被検者の体の一部に接触する外表面と前記圧力センサに接触する内面との間に、内面から外表面へ向かって形成された複数の穴を有する構造とされ、前記複数の穴の断面積と穴の数を変えることにより弾力性が調整可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の筋力測定装置。
4. 前記圧力センサを支柱に固定するためのクランプ用ベルトをさらに備え、該クランプ用ベルトには前記圧力センサを保持する保持手段が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の筋力測定装置。
5. 前記センサ部は、前記ベースプレートに取り付けられ該ベースプレートに働く引っ張り力を検出する歪みセンサを備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の筋力測定装置。
6. 前記表示器は、前記圧力センサの出力に基づく測定値を表示するのか前記歪みセンサの出力に基づく測定値を表示するのかの指示を入力するためのスイッチを備えることを特徴とする請求項５に記載の筋力測定装置。
7. 前記ベルトおよび前記圧力センサを挿通可能な開口部と、支柱または軸と係合可能な凹部と、該凹部内に先端が突出可能な締め付けボルトとを備えたセンサ保持用の補助部材をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の筋力測定装置。
8. 前記ベルトは２本のベルトからなり、各ベルトの前記ベースプレートとの結合側と反対側の端部にそれぞれループを形成可能なクランプベルトを備えることを特徴とする請求項５または６に記載の筋力測定装置。

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