JP6106822B2 - 筋活動量計測装置 - Google Patents
筋活動量計測装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6106822B2 JP6106822B2 JP2012117400A JP2012117400A JP6106822B2 JP 6106822 B2 JP6106822 B2 JP 6106822B2 JP 2012117400 A JP2012117400 A JP 2012117400A JP 2012117400 A JP2012117400 A JP 2012117400A JP 6106822 B2 JP6106822 B2 JP 6106822B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- muscle
- muscle activity
- myoelectric potential
- electrode
- virtual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 title claims description 197
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims description 109
- 230000003183 myoelectrical effect Effects 0.000 claims description 68
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 38
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 210000001087 myotubule Anatomy 0.000 description 7
- 230000036982 action potential Effects 0.000 description 5
- 238000002567 electromyography Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 230000003387 muscular Effects 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 210000001617 median nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 210000000658 ulnar nerve Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
身体の概円柱状部位の周囲に環状に配列した表面電極と、
前記表面電極における表面筋電位を計測する表面筋電位計測部と、を有する筋活動量計測装置であって、
前記身体の概円柱状部位の前記表面電極を環状に配列した位置の横断面の筋の筋活動量から、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算する表面筋電位シミュレーション部と、
前記表面筋電位シミュレーション部で計算された前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と、前記表面筋電位計測部で計測された前記表面電極の位置における表面筋電位とを概一致させるように前記横断面の筋活動量を調整し、概一致したときの筋活動量を身体内の筋活動量と推定する筋活動量推定部と、
を具備し、
前記表面筋電位シミュレーション部は、
(ア)身体の概円柱状部位の円断面を有限要素分割により5mm以下に細かく分割した筋ブロック領域と、
(イ)前記筋ブロック領域を構成する、前記筋ブロック領域の幅の1/2以下に細かく分割した仮想筋線維と、
を想定し、
(ウ)前記筋ブロック領域の大きさを、横断面の外周付近は細かく、概中心に向かうに従い大きくして、
前記仮想筋線維の筋活動量の時間2乗平均値から、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間2乗平均値を計算し、
前記横断面内の筋ブロック領域について、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間2乗平均値の総和の平方根をとることにより、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算することを特徴とする筋活動量計測装置である。
前記筋活動量推定部が、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と前記表面電極の位置における表面筋電位が概一致したときの前記横断面内の仮想筋線維の筋活動量を、身体内の仮想筋線維の筋活動量と推定する第1の発明の筋活動量計測装置である。
前記2個の電極の間隔が異なる2以上のバイポーラ電極が、前記2個の電極の中心部を結ぶ線分の中点が概一致するよう配置された本発明の第1〜3のいずれかの筋活動量計測装置である。
図1のように前腕の中心線26を概法線とする前腕の横断面25上の皮膚表面には、バイポーラ電極22が環状に配置されているものとする。バイポーラ電極とは、2つの単電極を一対としてその差動電圧を計測する電極であり、図1のバイポーラ電極22は、中心線26と概平行に並ぶ単電極が対をなしてバイポーラ電極となっている。バイポーラ電極は、前腕の周方向について概等間隔にn列配列されているものとする。筋活動量の計算精度を向上するには電極の配列数は多いほどよいが、計算精度を確保するには18ないし20以上が望ましい。このバイポーラ電極に、それぞれ便宜上の番号i=1…nを振る。
この筋ブロック領域は、例えば以下に示すVoronoi図により作成することができる。まず、表層の周上に等間隔、例えば1mmの間隔で均等に母点を配置する。次に、中心方向に向かって徐々に点間隔が広がりかつ均等に散在するように母点を配置する。この後、Voronoi図のアルゴリズムに従い、隣接する母点間を等分する垂直2等分線を作成し母点を中心とした領域に分割する、すなわち、平面内の領域が最寄りの母点に属するように分割する。
図2に、筋ブロック領域のVoronoi図の一例を示す。筋ブロック領域の分割は、表面は1mm、中心付近は4mmに、総計805個の筋ブロック領域に分割したものである。
ここで、仮想筋線維としたのは、各筋ブロック領域はこの仮想筋線維が集合して形成していると仮定したからである。このとき、各筋ブロック領域内における仮想筋線維の活動量は等しいと仮定することができる。この分割の大きさは、実際の筋線維の直径である20μm〜2mmであり、筋ブロック領域の最小サイズに依存する。概ね、筋ブロック領域のサイズの1/2以下にするのが望ましい。ただし、分割が細かすぎると計算速度の低下を招くことから、概ね1/2〜1/10程度に分割するのが望ましい。例えば、筋ブロック領域の最小サイズが1mmのときは、仮想筋線維の分割は概ね0.1mmから0.5mmの間が望ましい。
仮想筋線維の大きさが大きいと、筋ブロック領域の形状を正しく表すことができず、好ましくない。また、小さいと、計算に必要なメモリや時間が膨大となり好ましくない。
図3は、外形線13−1内を筋ブロック領域13と仮想筋線維14に分割した状態を模式的に示したものである。
実験では、中指の近位指節関節へ屈曲負荷を与えた。前腕と手掌、中指基節をバンドで固定し、中指中節に紐をかけ手掌と反対の方向に一定荷重で引いた。このとき、被験者には荷重に対抗し、一定の姿勢で手指を静止するよう指示した。
結果を図5に示す。図中、筋活動量の大きさは黒白の濃淡で示され、白いほど活動量が大きい。この結果は、浅指屈筋と総指伸筋の領域の活性量が高いことを示すものであり、本発明の筋活動量計測装置で筋活動量を計測できることがわかる。
実験は、実施例1に記載したのと同じ方法で中指の近位指節関節へ屈曲付加を与えた。
結果を図7に示す。図中、筋活動量の大きさは黒白の濃淡で示され、白いほど活動量が大きい。この結果は、浅指屈筋と総指伸筋の領域の活性量が高いことを示すものであり、本発明の筋活動量計測装置で筋活動量を計測できることが分かる。
この計算結果(図7)を、実施例1の電極間隔を狭い間隔(15mm)のみとした場合(図5)と比較すると、図5は表層に筋活動が集中し、内部の筋活動を低く算出している。対して、図7は、2種類の電極により、電極近傍と遠方のそれぞれの筋活動を的確に算出できることを示していることがわかる。
したがって、本実施例のように複数の電極間隔のバイポーラ電極を同時に用いると、狭い電極間隔のバイポーラ電極では減衰が大きいため電極近傍の筋の筋活動量を詳細に計算でき、広い電極間隔のバイポーラ電極では減衰が小さいため広範囲で深部の筋活動を計算できることで、詳細かつ広範囲な筋活動量の計測が可能となる。
図8は従来方法、つまりMRI画像を基に筋領域を抽出して計測したもののであり、前腕の横断面25上に、電極間隔を狭い間隔(15mm)と、広い間隔(45mm)でバイポーラ電極(それぞれ、20列)を設置し筋活動量を測定した。実験は、実施例1に記載したのと同じ方法で中指の近位指節関節へ屈曲付加を与えたものである。
図5、7と図8とを比較すると、筋活動位置はほぼ一致しており、本発明の筋活動量計測装置の有効性を示している。すなわち、本発明の筋活動量計測装置を用いれば、MRI画像等のデータがなくとも、筋活動量を計測できることがわかる。
12 番号iの仮想表面電極
13−1 筋ブロック領域の外形線
13 筋ブロック領域
14 筋jの中にある番号kの仮想筋線維
15 仮想筋線維に分割された筋jの外形線
16 電極−仮想筋線維間距離
17 前腕断面の外形線
21 前腕
22 表面電極
22a 狭い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極
22b 広い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極
23 電極ケーブル
23a 狭い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極に接続された電極ケーブル
23b 広い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極に接続された電極ケーブル
24 表面筋電位計測部
25 前腕の断面線
26 前腕の中心線
Claims (4)
- 身体の概円柱状部位の周囲に環状に配列した表面電極と、
前記表面電極における表面筋電位を計測する表面筋電位計測部と、を有する筋活動量計測装置であって、
前記身体の概円柱状部位の前記表面電極を環状に配列した位置の横断面の筋の筋活動量から、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算する表面筋電位シミュレーション部と、
前記表面筋電位シミュレーション部で計算された前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と、前記表面筋電位計測部で計測された前記表面電極の位置における表面筋電位とを概一致させるように前記横断面の筋活動量を調整し、概一致したときの筋活動量を身体内の筋活動量と推定する筋活動量推定部と、
を具備し、
前記表面筋電位シミュレーション部は、
(ア)身体の概円柱状部位の円断面を有限要素分割により5mm以下に細かく分割した筋ブロック領域と、
(イ)前記筋ブロック領域を構成する、前記筋ブロック領域幅の1/2以下に細かく分割した仮想筋線維と、
を想定し、
(ウ)前記筋ブロック領域の大きさを、横断面の外周付近は細かく、概中心に向かうに従い大きくして、
前記仮想筋線維の筋活動量の時間2乗平均値から、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間2乗平均値を計算し、
前記横断面内の筋ブロック領域について、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間2乗平均値の総和の平方根をとることにより、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算することを特徴とする筋活動量計測装置。 - 前記筋活動量推定部が、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と前記表面電極の位置における表面筋電位が概一致したときの前記横断面内の仮想筋線維の筋活動量を、身体内の仮想筋線維の筋活動量と推定する請求項1に記載の筋活動量計測装置。
- 前記筋活動量推定部が、前記仮想筋線維の筋活動量を調整するときに、同じ筋ブロック領域に属する仮想筋線維の筋活動量を同一にして、前記表面筋電位シミュレーション値を計算する請求項2に記載の筋活動量計測装置。
- 前記表面電極は2個の電極が対となったバイポーラ電極であり、
前記2個の電極の間隔が異なる2以上のバイポーラ電極が、前記2個の電極の中心部を結ぶ線分の中点が概一致するよう配置された請求項1〜3のいずれか1項に記載の筋活動量計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012117400A JP6106822B2 (ja) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | 筋活動量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012117400A JP6106822B2 (ja) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | 筋活動量計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013244027A JP2013244027A (ja) | 2013-12-09 |
JP6106822B2 true JP6106822B2 (ja) | 2017-04-05 |
Family
ID=49844309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012117400A Active JP6106822B2 (ja) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | 筋活動量計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6106822B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104751161B (zh) * | 2015-04-03 | 2017-12-26 | 燕山大学 | 基于精确端面提取和有限元法的光子晶体光纤属性模拟系统及其模拟方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2576330B2 (ja) * | 1991-12-27 | 1997-01-29 | 富士ゼロックス株式会社 | 記録装置の制御方法 |
JPH0663026A (ja) * | 1992-08-21 | 1994-03-08 | Nippon Koden Corp | 心臓電気現象のシミュレータ |
JP2002287869A (ja) * | 2001-03-26 | 2002-10-04 | System Lsi Kk | 筋電位信号の識別方式および筋電位信号を用いた入力装置 |
JP2004024769A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-01-29 | Tokyo Metropolis | 前腕の動作に伴う筋活動の測定方法及びその装置 |
EP1537823A1 (en) * | 2002-09-11 | 2005-06-08 | National Institute of Information and Communications Technology Incorporated Administrative Agency | Active muscle display device |
JP5387837B2 (ja) * | 2009-07-29 | 2014-01-15 | 地方独立行政法人北海道立総合研究機構 | 筋活動量計測装置 |
WO2011012988A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | University Of Cape Town | Non-invasive deep muscle electromyography |
-
2012
- 2012-05-23 JP JP2012117400A patent/JP6106822B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013244027A (ja) | 2013-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Holobar et al. | Blind source identification from the multichannel surface electromyogram | |
Guggisberg et al. | Localization of cortico-peripheral coherence with electroencephalography | |
Hewson et al. | Evolution in impedance at the electrode-skin interface of two types of surface EMG electrodes during long-term recordings | |
TWI637723B (zh) | 利用三個導程之差動電壓產生十二導程心電圖信號之方法與系統 | |
JP7136264B2 (ja) | ストレス判定装置、プログラム及び方法 | |
Muthuraman et al. | The central oscillatory network of essential tremor | |
Staudenmann et al. | Redundancy or heterogeneity in the electric activity of the biceps brachii muscle? Added value of PCA-processed multi-channel EMG muscle activation estimates in a parallel-fibered muscle | |
Ancillao et al. | Linear correlation between fractal dimension of surface EMG signal from Rectus Femoris and height of vertical jump | |
Yeh et al. | Quantifying spasticity with limited swinging cycles using pendulum test based on phase amplitude coupling | |
JP5387837B2 (ja) | 筋活動量計測装置 | |
JP2017063997A (ja) | 生体機能検査装置、生体機能検査方法及びプログラム | |
Kukla et al. | Development of methods for performing the maximum voluntary contraction (MVC) test | |
Šavc et al. | Comparison of convolutive kernel compensation and non-negative matrix factorization of surface electromyograms | |
Sudharsan et al. | FPGA based peripheral myopathy monitoring using MFCV at dynamic contractions | |
JP6106822B2 (ja) | 筋活動量計測装置 | |
Zariffa et al. | Localization of active pathways in peripheral nerves: a simulation study | |
Chen et al. | ICA-based muscle–tendon units localization and activation analysis during dynamic motion tasks | |
JP6525767B2 (ja) | 筋活動量計測装置 | |
Scheeren et al. | Influence of subcutaneous fat on mechanomyographic signals at three levels of voluntary effort | |
KR101787902B1 (ko) | 전기 임피던스 단층 촬영 영상 생성을 위한 전도도 산출 방법 및 장치 | |
Aljuaid | A neuroergonomics study of brain EEG's activity during manual lifting tasks | |
Jungtäubl et al. | EMG-based validation of musculoskeletal models considering crosstalk | |
Rahatabad et al. | The relation between chaotic feature of surface eeg and muscle force: Case study report | |
Rodriguez-Falces et al. | Comparison of the duration and power spectral changes of monopolar and bipolar M waves caused by alterations in muscle fibre conduction velocity | |
Calder et al. | A theoretical analysis of the electrogastrogram (EGG) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150511 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150512 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160209 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160210 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160407 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20160407 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160408 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160914 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161114 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161227 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6106822 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |