JP4875917B2 - 筋力測定装置 - Google Patents

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本発明は、筋力測定装置さらには測定したデータを臨床現場で利用し易い形態に加工して表示することができる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、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、測定によって得られた生体情報すなわち生データをそのまま表示したりプリンタにより出力するものであった。このような測定値は、定量的かつ客観的であるため信頼性の高い情報ではあるが、その情報を応用して例えばどのようなリハビリを被検者に適用するか判断しようとした場合、知識や経験の豊富な理学療法士等にとっては有効な判断材料となるが、知識や経験の乏しい者にとってはそれを材料にして適切な判断をすることが困難であるという課題があることが明らかとなった。 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、測定したデータを臨床現場等で利用し易い形態に加工して表示することができる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、知識や経験の乏しい者でも測定結果に基づいてリハビリの内容の決定などの判断を適切に行なうことができる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、両側にベルトの端部を挿通可能な孔を有するベースプレートおよび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着脱可能に取り付けられた平板状の圧力センサを備え、該圧力センサへの押圧力を検出するセンサ部と、前記ベースプレートの孔に挿通されループ状に形成可能なベルトと、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演算する演算回路と、前記演算回路により演算された測定値を表示する表示部とを設け、前記演算回路は、前記表示部に表示するデータを生成するデータ処理回路およびデータを記憶するメモリを備え、前記メモリには身体の所定の部位の筋力の統計的データもしくは標準値を格納するようにしたものである。
この発明によれば、筋力測定装置単独で測定値と統計的データもしくは標準値とを比較することが可能になる。ここで、前記身体の所定の部位の筋力には膝伸展筋力が含まれるようにするとよい。膝伸展筋力は人間が日常生活をする上で最も重要な筋力の1つであるためである。
また、望ましくは、前記データ処理回路は前記センサ部からの検出信号に基づいて被検者の筋力の測定値を算出し、算出された筋力測定値と前記統計的データもしくは標準値とを比較した判定結果を前記表示部に表示させる機能を有するようにする。これにより、測定値と統計的データもしくは標準値とを比較したデータを表示することができ、被検者の筋力を直観的かつ相対的に把握することが可能になる。
さらに、望ましくは、前記筋力測定値と判定結果を、前記メモリに格納または外部へ出力可能に構成する。これにより、長期間にわたって測定した結果を保存することができる。また、前記メモリに格納されている前記筋力測定値と判定結果を複数日に亘る日推移グラフあるいは日推移表として表示する機能を有するようにするとよい。これにより、日々の筋力の変化を感覚的に認識することができる。ここで、日推移グラフには、1日おきはもちろん2日おきあるいは1週間おきのようして得られた測定値と判定結果を表わすものを含まれる。
さらに、前記データ処理回路は、前記センサ部からの信号を測定値以外の情報入力信号として取り込むことが可能に構成する。これにより、体重などを入力するためのテンキーが不要となり、装置の小型化、低コスト化が可能となる。
また、前記測定値以外の情報は被検者の体重情報であり、前記データ処理回路には、前記センサ部からの検出信号に基づいて被検者の筋力の測定値を算出し、算出された筋力測定値と前記センサ部から入力された前記被検者の体重情報とから筋力測定値/体重比を算出し、該筋力測定値/体重比を前記表示部に表示させる機能を設ける。これにより、相対的な評価が得やすくなる。
さらに、望ましくは、前記データ処理回路は、筋力/体重比(kg/kg)を指標として統計的データを表わしたグラフまたは表と、該グラフまたは表における前記筋力測定値/体重の値の位置を示す視覚情報を前記表示部に表示させる機能を有するようにする。これにより、被検者の相対的な身体能力を直感的に把握することが容易となる。
本発明に従うと、測定したデータを臨床現場で利用し易い形態に加工して表示することができる筋力測定装置を実現することができる。また、知識や経験の乏しい者でも測定結果に基づいてリハビリの内容の決定などの判断を適切に行なうことができる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。 図1には、本発明を適用して有効な筋力測定装置の一実施形態が示されている。この実施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や長さ調整部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したりデータを加工したりする演算回路が設けられている。この回路は、本発明の特徴をなすものであるので、後に詳しく説明する。
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である。図2に示すように、圧力センサ10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。
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17a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、内部の圧電素子を押圧することで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筋力の測定が可能となる。
図5には、センサ部10の構成が図1のものと異なる筋力測定装置の例が示されている。図1の筋力測定装置においては圧力センサ12を有するセンサ部10が使用されているが、図5の筋力測定装置では、圧力センサの代わりに、歪みセンサ16をベースプレート13に設けたセンサ部10を用いるようにしている。
具体的には、ベースプレート13の表面に、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。歪みセンサ16は一対のリード端子を有しており、センサ内部にはリード端子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。歪みセンサ16を有する筋力測定装置は、図5(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に接続し、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、図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し、同じような方法で筋力を測定することができる。
また、ベルト20をループ状にする代わりに、図5(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5(A)または(B)のいずれの場合も、図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5(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5(A)と同様にループ状にして使用することも可能である。なお、第1および第2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と表示装置30とを別個に設けているが、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。
図6には、表示装置30に内蔵される前記演算回路の構成例が示されている。この実施例の演算回路40は、システム全体を制御したりデータ加工のための演算等を行なったりするデータ処理回路としてのCPU(Central Processing Unit)41と、該CPU41の動作プログラムや固定データを記憶する読出し専用のROM42、測定データの一時記憶やCPU41の作業領域を提供する書き込み可能なRAM43、前記筋力測定装置の圧力センサ12からの検出信号を取り込むためのインタフェース44、プリンタやパソコンなどの外部装置との間でデータの送受信を行なうデータ送受信部45などを備える。
外部装置には、ハードディスクのような記憶装置が含まれる。入力部33は、前記スイッチボタンの他にテンキー、マウス等のポインティングデバイスであってもよい。表示部31は、本実施形態では液晶表示パネルにより構成されているが、有機ELパネルなど他の表示デバイスであってもよい。
CPU41は、ROM42内に格納されているシステムプログラム及び当該システムに対応する各種アプリケーションプログラムの中から指定されたアプリケーションプログラムをRAM43内の図示しないプログラム格納領域に展開し、入力部33から入力される各種指示あるいはデータをRAM43内に一時的に格納し、この入力指示及び入力データに応じてROM17に格納されたアプリケーションプログラムに従って各種処理を実行し、その処理結果をRAM43内に格納するとともに、表示部31に表示する。 また、CPU41は、キー入力等による入力部33からの入力信号に従って、圧力センサ12による筋力測定を実行させ、その測定結果をインタフェース44を介してCPU41に取り込む。そして、取り込んだ測定データに基づいてRAM43内のワーク領域に展開し、さらにデータ加工を行なって表示部31に表示させたり、データ送受信部45を介して外部装置へ出力したりする。データ送受信部45は有線式でもよいし、ブルートゥースのような無線方式によりデータの送受信を行なうものでもよい。
さらに、本実施形態の筋力測定装置においては、ROM42内に、臨床現場での測定結果に基づく身体の各部の筋力値の統計的データが格納されている。また、統計的データの代わりもしくは統計的データとともに日本人の健常者の年齢別あるいは体格別の膝伸展筋力値や身体の各部の筋力値の標準値(平均値)を格納するようにしてもよい。そして、演算回路40には、圧力センサ12による筋力測定値と上記統計的データや標準値とを比較して所定の動作の可能性や標準値からの偏差を求めたり、結果を上記表示部31へ表示させることができる形態にデータを加工したりする機能が設けられている。
このような機能は、アプリケーションプログラムとそれを実行するCPU41とによって実現されているが、専用の回路(ハードウェア)を設けて実現することもできる。また、本実施形態の筋力測定装置には、得られたデータはフラッシュメモリのようなROMあるいはRAM内に格納しておいて、複数日に亘って測定されたデータから日推移グラフあるいは日推移表として表示できる機能も設けられている。さらに、測定値と統計的データに基づいて例えば「立ち上がり可能」とか「歩行可能」とか「階段昇降可能」とかのような身体能力の程度を表わすコメントや最適なリハビリの内容を示すコメントなどを表示部31へ出力する機能も備えている。
さらに、本実施形態の筋力測定装置においては、圧力センサ12を入力装置として使用できるようにする機能を備えている。上述したようなグラフや表、コメントを表示させる場合、測定値を正規化するため被検者の体重や身長などの身体情報を入力する必要がある。図1に示されている表示装置30のように外部から指令等を入力するためのスイッチボタン33の数が少ない装置にあっては、テンキーが設けられないため体重や身長などの身体情報を入力するのが困難である。
そこで、本実施形態の筋力測定装置においては、圧力センサ12を入力装置として使用できるように構成されている。具体的には、表示装置30の表面のスイッチボタン33として例えばモード切替えボタンと確定ボタンを設け、モード切替えボタンが押されると通常の測定結果表示モードが圧力センサ12からの入力が可能なモードに変更され、このモードで表示部31を見ながら圧力センサに適度な圧力を加えたり、タッピング操作を行なったりすると表示部に数字が現われ、所望の数字が表示された時点で確定ボタンを押すとそのときの数字が入力値として確定されるように構成されている。かかる機能を設けることによって、テンキーなどを設けずに被検者の年齢、身長、体重等を入力することが可能となり、表示装置30の表面のスイッチボタン33の数を減らして表示装置30の小型化、低コスト化が可能となる。
次に、本実施形態の筋力測定装置内のメモリに格納される具体的なデータの例と、該データと測定結果とから表示部31に表示するグラフの例を説明する。次の図7にはメモリに格納されるデータとして統計的データを選択した場合の例が示されている。図7の表において、BMI(body mass index)は体重(kg)÷身長(m)2で表わされる値で、一般に肥満度を示す指標として使用されている。
図7に示すように、ここでは、図4のようにして測定された膝伸展筋力値を被検者の体重で割った値を0.15(kg/kg)以下、0.16〜0.20、0.21〜0.25、……0.56〜0.60、0.61以上のように、0.05おきに10段階に区分して各区分ごとに測定を行なった被検者の人数である「症例数」、そのうち男性の数を表わすデータである「男性数」、統計をとった被検者の平均の年齢とばらつきを示す「年齢」、平均身長とばらつきを示す「身長」、平均体重とばらつきを示す「体重」、「BMI値」、立ち上がりが可能であった被検者数を表わす「立ち上がり可能数」およびその比率(%)、歩行が可能であった被検者数を表わす「歩行可能数」およびその比率(%)、階段を上がることが可能であった被検者数を表わす「階段可能数」およびその比率(%)、階段の昇降が可能であった被検者数を表わす「昇降可能数」およびその比率(%)の各項目データが統計値としてテーブル形式でメモリに格納されている。
図6に示されている演算回路40内のCPU41は、膝伸展筋力の測定値が得られ、被検者の年齢、身長、体重等が入力されると、筋力測定値を体重で割った値を算出して、メモリ内の統計的データに基づいて被検者が図7の10段階のどの区分に属するか判別し、さらに症例数から「立ち上がり」や「歩行」、「階段」、「昇降」がどの位の確率で可能であるかを判定することができる。そして、その判定結果および筋力測定値は、ROM42またはRAM43に記憶される。
図8は、図7の表のデータを分かりやすくするため、グラフとして表わしたものである。図8のうち(A)は、膝伸展筋力値を体重で割った値(測定値/体重比)を横軸に、また歩行可能割合を縦軸にとって表わしたものである。また、図8(B)は膝伸展筋力値を体重で割った値を横
軸に、また階段昇降可能割合を縦軸にとって表わしたものである。
これより、例えばある被検者の測定値や体重等から当該被検者が0.36〜0.40の段階にあったとすると、図8(A)から歩行可能性は90%以上であるが、上記図8(B)より階段昇降可能性は40〜50%であることが分かる。CPU41は上記のようにして判定した結果を数値として表示部31へ表示させることができる。判定結果を数値として表示する代わりに、図8(A)や図8(B)のグラフと被検者がどこに位置するのか表わす視覚情報(図では矢印)を表示させるようにしてもよい。
さらに、グラフのほかにコメントを付記して表示することも可能である。立ち上がり可能性や階段動作の可能性についても同様なグラフによる表示が可能である。視覚情報として矢印を表示する代わりに×印などのマークを表示してもよいし、区分を示す数値「0.36〜0.40」を他の数値と異なる色で表示あるいは点滅表示するなどしてもよい。
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、膝伸展筋力について説明したが、実施形態の筋力測定装置は、身体の他の部位の筋力についても対応するデータを予め内部のメモリに格納しておくことで、同様な判定と表示を行なうように構成することが可能である。
また、前記実施形態では、予め内部のメモリに格納しておくデータの項目として、「症例数」、「男性数」、「年齢」、「身長」、「体重」、「BMI値」「立ち上がり可能数」、「歩行可能数」、「階段可能数」、「昇降可能数」を挙げたが、これら以外の項目のデータを格納して置くようにしてもよいことはいうまでもない。
さらに、前記実施形態では、膝伸展筋力値を体重で割った値を複数段階に区分し、各区分ごとに「症例数」等をテーブル形式でメモリに格納しているが、日本人の健常者の年齢別平均膝伸展筋力、その他身体の各部の筋力の平均値を格納しておいて、被検者の筋力測定値および平均値からの偏差等を表示できるように構成しても良い。このように構成した場合には、例えばスポーツクラブなどで筋力アップのトレーニングをしている者が、自己の筋力が標準値からどの位の偏差を有しているのか確認するために使用することができる。また、日推移グラフを表示することにより、トレーニングの効果を視覚的に認識させることができるようになる。
また、前記実施形態では、表示装置30内に設けられている演算回路40により測定データを加工してグラフ等の形式で表示部に表示させる例を説明したが、表示装置30内のデータ送受信部45を介して測定データを外部のパソコン等に出力して外部装置で測定データを加工してグラフ等の形式でCRTなどの表示装置に表示させたり、測定データまたは加工したデータをプリンタに直接出力してプリントアウトさせることも可能である。
本発明を適用して有効な筋力測定装置の一実施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および側面図である。 図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。 本発明を適用して有効な筋力測定装置の他の実施形態を示す全体斜視図である。 表示装置に内蔵される演算回路の構成例を示すブロック図である。 演算回路のメモリに格納されるデータの例を示す図表である。 図7の表のデータの一部を、横軸に筋力/体重比をとり、縦軸に動作可能割合をとって表わしたグラフである。
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 (7)

  1. 両側にベルトの端部を挿通可能な孔を有するベースプレート、および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着脱可能に取り付けられた平板状の圧力センサを備え、該圧力センサへの押圧力を検出するセンサ部と、
    前記ベースプレートの孔に挿通されループ状に形成可能なベルトと、
    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演算する演算回路と、
    前記演算回路により演算された測定値を表示する表示部と、を備えた筋力測定装置であって、
    前記演算回路は、前記表示部に表示するデータを生成するデータ処理回路およびデータを記憶するメモリを備え、前記メモリには身体の所定の部位の筋力の統計的データもしくは標準値が格納されていることを特徴とする筋力測定装置。
  2. 前記身体の所定の部位の筋力には膝伸展筋力が含ま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. 前記データ処理回路は前記センサ部からの検出信号に基づいて被検者の筋力の測定値を算出し、算出された筋力測定値と前記統計的データもしくは標準値とを比較した判定結果を前記表示部に表示させる機能を有す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. 前記筋力測定値と判定結果を、前記メモリに格納または外部へ出力可能に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の筋力測定装置。
  5. 前記メモリに格納されている前記筋力測定値と判定結果を複数日に亘る日推移グラフあるいは日推移表として表示する機能を有することを特徴とする請求項4に記載の筋力測定装置。
  6. 記データ処理回路は前記センサ部からの検出信号に基づいて被検者の筋力の測定値を算出し、算出された筋力測定値と被検者の体重情報とから筋力測定値/体重の値を算出し、該筋力測定値/体重の値を前記表示部に表示させる機能を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の筋力測定装置。
  7. 前記データ処理回路は、筋力/体重比(kg/kg)を指標として統計的データを表わしたグラフまたは表と、該グラフまたは表における前記筋力測定値/体重の値の位置を示す視覚情報とを、前記表示部に表示させる機能を有することを特徴とする請求項6に記載の筋力測定装置。
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