JP5908025B2 - 筋活動可聴化方法、筋活動可聴化装置およびプログラム - Google Patents
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Description
[概要]
まず概要を説明する。実施形態では、複数の筋電位に由来する(言い換えると、複数の筋電位から導き出される)複数の値の関係から得られる情報、を表す音響信号を出力する。「複数の値の関係から得られる情報」は、例えば、複数の値の関係についての統計値または相対値である。このように、「複数の筋電位に由来する複数の値の関係から得られる情報」を直接表す音響信号を用いることで、複数の筋活動間の関係に基づく情報を明確に提示できる。
[第1実施形態]
第1実施形態では、所望の動作に関与する主動筋と拮抗筋の組み合わせについて、主動筋活動と拮抗筋活動との関係を可聴化し、その動作の力み度合をフィードバックする。
図1に例示するように、本形態のシステムは、筋活動可聴化装置11と音響信号提示装置12とを有する。本形態の筋活動可聴化装置11は、筋活動度抽出部111と関係由来情報抽出部112と音響信号合成部113とを有する。図2に例示するように、本形態の筋活動度抽出部111は、筋活動度算出部1111−nおよび1112−n(ただし、n=1,・・・,Nであり、Nは1以上の整数)である。関係由来情報抽出部112は、筋活動度変調部1121−n(ただし、n=1,・・・,N)を有する。音響信号合成部113は、音響信号生成部1131−n(ただし、n=1,・・・,N)と合成部1132とを有する。なお、N=1の場合には、音響信号合成部113が合成部1132を含まなくてもよい。本形態の筋活動可聴化装置11は、例えば、プロセッサ(例えば、1個以上のCPU(central processing unit)を含むハードウェア)やメモリ(例えば、RAM(random-access memory)やROM(read-only memory))を備える汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。このプログラムはコンピュータにインストールされてもよいし、予めコンピュータに記録されていてもよい。また、CPUのようにプログラムが読み込まれることで機能構成を実現する電子回路(circuitry)ではなく、単独で処理機能を実現する電子回路を用いて一部またはすべての処理部が構成されてもよい。音響信号提示装置12は、音響信号を音として出力する単数または複数のスピーカや、ヘッドフォン等である。
以下、本形態の活動可聴化装置11の処理を説明する。
筋活動度算出部1111−nには主動筋の筋電位を表す筋電位信号(以下「主動筋電位信号」という)が入力され、筋活動度算出部1112−nには当該主動筋に対応する拮抗筋の筋電位を表す筋電位信号(以下「拮抗筋電位信号」という)が入力される。筋活動度算出部1111−nと筋活動度算出部1112−nとの組には、ある動作に関与する主動筋と拮抗筋とからなる組(以下「筋の組」という)に対応する、主動筋電位信号と拮抗筋電位信号とからなる組が入力される。これらの筋電位信号は、例えば、単数または複数の動作主体の合計N組の測定箇所(例えば、主動筋とそれに対応する拮抗筋の近傍の皮膚表面)に電極を取り付け、それぞれの筋から発生する活動電位を計測することで得られる時系列信号である。主動筋電位信号は主動筋の近傍の測定箇所の電極の電位に基づいて得られ、拮抗筋電子信号は拮抗筋の近傍の測定箇所の電極の電位に基づいて得られる。
筋活動度変調部1121−nに、筋活動度算出部1111−nから出力された主動筋活動度と筋活動度算出部1112−nから出力された拮抗筋活動度が入力される。筋活動度変調部1121−nは、入力された主動筋活動度と拮抗筋活動度との間の相対値(すなわち、主動筋の筋電位に対応する筋活動度と拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度との間の相対値)を「力み指標」として得る。「相対値」の例は前述の通りである。筋活動度変調部1121−nは、例えば、拮抗筋活動度を主動筋活動度で除した値を「力み指標」として得る。主動筋活動度および拮抗筋活動度が時系列である場合、筋活動度変調部1121−nは、例えば各時間で「力み指標」を求め、「力み指標」の時系列を得て出力する。
筋活動度変調部1121−nから出力された「力み指標」は音響信号生成部1131−nに入力される。音響信号生成部1131−nは、入力された「力み指標」を表す音響信号を得て出力する。「力み指標」を表す音響信号は、「力み指標」またはその大きさを表した音響信号である。このような音響信号の例は、前述の(F−1)や(F−2)の例の「ばらつきの大きさ」を「力み指標」または「力み指標の大きさ」に置換した音響信号である。また「力み指標」が時系列である場合には音響信号も時系列となる。ただし、筋の組の違いが認識されるように、筋の組ごとに音響特徴(基本周波数、音色など)を変えることが望ましい。言い換えると、音響信号生成部1131−1〜1131−Nから出力される音響信号の音響特徴が互いに異なることが望ましい。例えば、「力み指標」またはその大きさを第1音響特徴にマッピングし、筋の組の違いを第2音響特徴(ただし、第2音響特徴は第1音響特徴と異なる)で表した音響信号であってもよい。或いは、「力み指標」またはその大きさの違いを音響特徴の違いで表し、筋の組の違いを音響信号のチャネルの違い(すなわち、音響信号を出力するスピーカの違い)で表してもよい。
以上のように、本形態の筋活動可聴化装置11は、主動筋の筋電位および主動筋に対応する拮抗筋の筋電位を含む複数の筋電位を用い、主動筋の筋電位に対応する筋活動度と拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度との間の相対値を表す音響信号を出力する。これにより、「力み」の程度を可聴的に提示できる。特に、拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度を主動筋の筋電位に対応する筋活動度で除した値を表す音響信号を出力することで、より明確に「力み」の程度を提示できる。また、N≧2の場合には、複数の筋の組での「力み」の程度や、それらの相関関係を可聴的に提示できる。以上により、利用者は複数の筋の組に対応する「力み」の程度を音の聞こえ方の違いとして聴覚的に把握できる。
本変形例では、「力み指標」のばらつきを表す音響信号を出力する。これにより、利用者は「力み」のばらつきの程度を音の聞こえ方の違いとして聴覚的に把握できる。以下では、これまでに説明した事項との相違点を中心に説明し、すでに説明した事項については同じ参照番号を引用することで説明を簡略化する。
図1に例示するように、本変形例の筋活動可聴化装置11’は、第1実施形態の筋活動可聴化装置11の関係由来情報抽出部112が関係由来情報抽出部112’に置換され、音響信号合成部113が音響信号合成部113’に置換されたものである。図3に例示するように、本変形例の関係由来情報抽出部112’は、筋活動度変調部1121−n(ただし、n=1,・・・,N)とばらつき算出部1122とを有する。本変形例の音響信号合成部113’は音響信号生成部1131’を有する。本変形例の筋活動可聴化装置11’は、例えば、前述のような汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
筋活動度抽出部111の処理は第1実施形態と同じである。以下では、本変形例の関係由来情報抽出部112’の処理、および音響信号合成部113’の処理のみを説明する。
筋活動度変調部1121−nの処理は第1実施形態と同じである。筋活動度変調部1121−1〜1121−Nから出力された「力み指標」は、「サンプル」として、ばらつき算出部1122に入力される。ばらつき算出部1122は、入力されたサンプルのばらつきを得て出力する。「ばらつき」の例は前述の通りである。サンプルが時系列である場合、ばらつき算出部1122は、活動度変調部1121−1〜1121−Nから出力された各時間のサンプル(すなわちN個のサンプル)のばらつきを各時間について得て出力してもよいし、活動度変調部1121−1〜1121−Nから出力された各時間区間でのサンプルのばらつきを当該時間区間ごとに得て出力してもよい。これらのばらつきは時系列となる。或いは、ばらつき算出部1122は、活動度変調部1121−1〜1121−Nから出力されたすべての「力み指標」のばらつきを得て出力してもよい。
ばらつき算出部1122から出力されたサンプルのばらつきは音響信号生成部1131’に入力される。音響信号生成部1131’は、入力されたサンプルのばらつきを表す音響信号を得て出力する。このような音響信号の例は、前述の(F−1)や(F−2)である。出力された音響信号は音響信号提示装置12に入力される。
第2実施形態では、事前に取得された筋活動度(筋電位に由来する筋活動度)と、新たに入力された筋活動度との関係を可聴化し、筋活動の相違をフィードバックする。
図1に例示するように、本形態の筋活動可聴化装置21は、第1実施形態の筋活動可聴化装置11の筋活動度抽出部111が筋活動度抽出部211に置換され、関係由来情報抽出部112が関係由来情報抽出部212に置換されたものである。図4に例示するように、本形態の筋活動度抽出部111は、参照値記憶部2111−nおよび筋活動算出部2112−n(ただし、n=1,・・・,N)を有する。関係由来情報抽出部212は、相対値算出部2121−n(ただし、n=1,・・・,N)を有する。本形態の筋活動可聴化装置21は、例えば、前述のような汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
以下では、第1実施形態との相違点である、筋活動度抽出部211および関係由来情報抽出部212の処理のみを説明する。
事前処理として、参照値記憶部2111−n(ただし、n=1,・・・,N)には、事前に特定の動作(ボールリリース等)を行った動作主体(以下「参照動作主体」という)の第nの筋の近傍の測定箇所で測定された筋電位信号から得られた筋活動度(以下「参照筋活動度」という)が格納される。例えば、第1から第Nの筋は「特定の動作」に関与する筋である。参照筋活動度は、例えば「特定の動作」が行われた時間区間の筋電位信号から得られた時系列の筋活動度である。
相対値算出部2121−n(ただし、n=1,・・・,N)には、参照値記憶部2111−nから読み出された参照筋活動度と、筋活動度算出部2112−nから出力された試行筋活動度とが入力される。相対値算出部2121−nは、参照筋活動度と試行筋活動度との間の相対値を「相対指標」として出力する。「相対値」の例は前述の通りである。参照筋活動度と試行筋活動度とが時系列である場合、相対値算出部2121−nは、例えば、これらを時間的に同期させ、各時間での「相対指標」を得て出力する。この場合には「相対指標」も時系列となる。なお、時系列である参照筋活動度と試行筋活動度の時間的な同期は、利用者からの入力情報に基づいて行われてもよいし、同期後の参照筋活動度に対応する特徴量と試行筋活動度に対応する特徴量との間の類似度(例えば筋活動度の最大値など)がピークとなるように行われてもよい。
本形態の筋活動可聴化装置21は、「特定の動作」を行う参照動作主体の筋活動と、それに対応する動作を行う試行動作主体の筋活動との相対値を表す音響信号を出力する。これにより、筋活動の相対値を可聴的に提示でき、利用者は筋活動の相違の程度を音の聞こえ方の違いとして聴覚的に把握できる。その結果、利用者は、例えば、手本となる動作と試行された動作との筋活動の相違や、動作主体間の筋活動の個人差や、複数回試行された動作での筋活動の相違を認識できる。
本変形例では、「相対指標」のばらつきを表す音響信号が出力される。これにより、利用者は「筋活動の相違」のばらつきの程度を音の聞こえ方の違いとして聴覚的に把握できる。
図1に例示するように、本変形例の筋活動可聴化装置21’は、第2実施形態の筋活動可聴化装置21の関係由来情報抽出部212が関係由来情報抽出部212’に置換され、音響信号合成部113が音響信号合成部113’に置換されたものである。図5に例示するように、本変形例の関係由来情報抽出部212’は、相対値算出部2121−n(ただし、n=1,・・・,N)とばらつき算出部1122とを有する。本変形例の筋活動可聴化装置21’は、例えば、前述のような汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
筋活動度抽出部211の処理は第2実施形態と同じであり、音響信号合成部113’の処理は第1実施形態の変形例1と同じである。以下では、本変形例の関係由来情報抽出部212’の処理のみを説明する。
相対値算出部2121−nの処理は第2実施形態と同じである。相対値算出部2121−1〜2121−Nから出力された「相対指標」は、「サンプル」としてばらつき算出部1122に入力される。以降の処理は第2実施形態と同じである。
第3実施形態では、複数の筋活動のばらつきを可聴化してフィードバックする。これにより、利用者は、動作に関連する複数の筋活動のばらつきや、複数の動作主体による筋活動のばらつきなどを、音の聞こえ方の違いとして聴覚的に把握できる。
図1に例示するように、本変形例の筋活動可聴化装置31は、第1実施形態の筋活動度抽出部111が筋活動度抽出部311に置換され、関係由来情報抽出部112が関係由来情報抽出部312に置換され、音響信号合成部113が音響信号合成部113に置換されたものである。図6に例示するように、本形態の筋活動度抽出部311は、筋活動算出部2112−n(ただし、n=1,・・・,N)を有する。関係由来情報抽出部312は、ばらつき算出部1122を有する。本形態の筋活動可聴化装置31は、例えば、前述のような汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
以下では、第1実施形態の変形例1との相違点である、筋活動度抽出部311および関係由来情報抽出部312の処理のみを説明する。
筋活動度算出部2112−1〜2112−Nには、単数または複数の動作主体の筋電位信号が入力される。例えば、単数の動作主体の第nの筋の近傍の測定箇所で得られた筋電位信号が筋活動度算出部2112−n(ただし、n=1,・・・,N)に入力されてもよいし、第nの動作主体(ただし、n=1,・・・,N)の特定の筋(すべての動作主体に共通)の近傍の測定箇所で得られた筋電位信号が筋活動度算出部2112−nに入力されてもよい。筋活動度算出部1112−nは、入力された筋電位信号が表す筋電位に対応する筋活動度を得て出力する。例えば、筋電位信号が時系列信号である場合、筋活動度も時系列となる。
本形態の筋活動可聴化装置31は、複数の筋活動のばらつきを表す音響信号を出力する。これにより、筋活動のばらつきを可聴的に提示でき、利用者は筋活動のばらつきの程度を音の聞こえ方の違いとして聴覚的に把握できる。その結果、利用者は、例えば、複数回試行された動作での筋活動のばらつきや、複数の動作主体で試行された動作での筋活動のばらつきを認識できる。
第4実施形態では、複数の筋の活動開始時点の関係を可聴化してフィードバックする。
図1に例示するように、本形態の筋活動可聴化装置41は、第1実施形態の筋活動可聴化装置11の筋活動度抽出部111が筋活動度抽出部311に置換され、関係由来情報抽出部112が関係由来情報抽出部412に置換され、音響信号合成部113が音響信号合成部413に置換されたものである。図7に例示するように、本形態の関係由来情報抽出部412は、筋活動開始同定部4121−n(ただし、n=1,・・・,N)、および開始時点記憶部4122を有する。本形態の音響信号合成部413は、音響信号生成部4131および合成部4132を有する。本形態の筋活動可聴化装置41は、例えば、前述のような汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される。
筋活動度抽出部311の処理は第3実施形態で説明した通りである。ただし、本形態では、N≧2であり、筋活動度抽出部311の筋活動度算出部2112−1から2112−Nに、一連の動作に関与するN個の筋の筋電位信号が入力される。各筋電位信号は時系列信号であり、筋活動度算出部2112−nは筋活動度の時系列を出力する。その後、以下のように、関係由来情報抽出部412および音響信号合成部413の処理が行われる。
筋活動開始同定部4121−n(ただし、n=1,・・・,N)には、筋活動度算出部2112−nから出力された筋活動度の時系列が入力される。筋活動開始同定部4121−nは、入力された筋活動度の時系列から活動開始時点τnを得て出力する。例えば、筋活動開始同定部4121−nは、(S−1)入力された筋活動度が、筋活動度のベースライン(例えば、筋活動度の平均値や安静時の筋活動度)よりも、閾値以上大きくなった時点を活動開始時点τnとしてもよいし、(S−2)入力された筋活動度の変動(例えば、分散や標準偏差)が閾値を超えた時点を活動開始時点τnとしてもよいし、(S−3)入力された筋活動度の変化量が閾値を超えた時点を活動開始時点τnとしてもよいし、(S−4)入力された筋活動度とその変動の組み合わせが閾値を超えた時点を活動開始時点τnとしてもよい。筋活動開始同定部4121−1〜4121−Nから出力されたN個の活動開始時点τ1〜τNは開始時点記憶部4122に格納される。
音響信号合成部413は、開始時点記憶部4122に格納されたN個の活動開始時点τ1〜τNを用い、N個の筋の活動開始時点τ1〜τNの関係を表す音響信号を得て出力する。この音響信号は、N個の活動開始時点τ1〜τNのばらつきを表してもよいし、相対値を表してもよいし、相対値のばらつきを表してもよいし、順序関係を表してもよい。N個の活動開始時点τ1〜τNの順序関係を表す音響信号の例は、前述の(F−3)〜(F−5)である。ここでは前述の(F−3)の例を説明する。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
Claims (7)
- 複数の筋電位に由来する複数の値の関係から得られる情報を表す音響信号を出力する筋活動可聴化方法であって、
前記複数の筋電位は、主動筋の筋電位、および前記主動筋に対応する拮抗筋の筋電位を含み、
前記音響信号は、前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度と前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度との間の相対値、または、前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度と前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度との間の相対値のばらつき、の少なくとも何れかを表し、
前記音響信号は、前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度を前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度で除した値、または、前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度を前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度で除した値のばらつき、の少なくとも何れかを表す、筋活動可聴化方法。 - 請求項1の筋活動可聴化方法であって、
前記音響信号は、前記複数の筋電位から得られる複数の筋の活動開始時点の関係を表す、筋活動可聴化方法。 - 請求項1または2の筋活動可聴化方法であって、
前記複数の筋電位から複数の筋の活動開始時点を得、前記複数の筋の活動開始時点の順序関係を表す時系列信号を前記音響信号として出力する、筋活動可聴化方法。 - 入力された複数の筋電位に由来する複数の値の関係を得る関係由来情報抽出部と、
前記複数の値の関係から得られる情報を表す音響信号を出力する音響信号合成部と、
を有し、
前記複数の筋電位は、主動筋の筋電位、および前記主動筋に対応する拮抗筋の筋電位を含み、
前記音響信号は、前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度と前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度との間の相対値、または、前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度と前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度との間の相対値のばらつき、の少なくとも何れかを表し、
前記音響信号は、前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度を前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度で除した値、または、前記拮抗筋の筋電位に対応する筋活動度を前記主動筋の筋電位に対応する筋活動度で除した値のばらつき、の少なくとも何れかを表す、筋活動可聴化装置。 - 請求項4の筋活動可聴化装置であって、
前記音響信号は、前記複数の筋電位から得られる複数の筋の活動開始時点の関係を表す、筋活動可聴化装置。 - 請求項4または5の筋活動可聴化装置であって、
前記複数の筋電位から複数の筋の活動開始時点を得、前記複数の筋の活動開始時点の順序関係を表す時系列信号を前記音響信号として出力する、筋活動可聴化装置。 - 請求項1から3の何れかの筋活動可聴化方法の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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