JP6898916B2

JP6898916B2 - ユーザの筋電図信号を測定する携帯装置とシステムと方法

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Publication number: JP6898916B2
Application number: JP2018503138A
Authority: JP
Inventors: マルティネスモニカロハス; ビリャヌエバミゲルエンジェルマナナス
Original assignee: ウニベルジテートポリテクニカデカタル−ニア
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2036-07-22
Also published as: US11452482B2; EP3324843A1; EP3120764A1; EP3324843B1; US20180206782A1; CN108348188B; WO2017013486A1; ES2791050T3; KR102582824B1; JP2018527972A; KR20180032637A; CN108348188A

Description

本発明は、筋電図信号の分野に関し、特に、ユーザの筋電図信号（高解像度の筋電図信号即ちＨＲ−ＥＭＧ）を測定する携帯装置に関する。この携帯装置は、２つのフレキシブルな支持層内にセンサーと電子回路と筋電図信号を提供する多数の測定点を具備する。更に本発明は上記の携帯装置を用いてユーザの筋電図信号を測定するシステムと方法に関する。

特許文献１は、筋肉の動きを測定しロボット装置あるいは機械を制御するシステムと方法を開示する。このシステムは、ユーザの袖に付けて使用され、複数の筋電図信号センサーと慣性センサーとを含む。電源と処理回路と送信回路とがこのシステム内に組み込まれている。制御データが無線又はガイド手段（例、有線）で外部装置に転送される。

特許文献２は筋電図信号を測定する装置を開示する。この装置は複数のチャネルを用いてユーザの皮膚に貼られた複数の電極により検出された筋電図信号を受領する。この装置は、コンディショニング回路、変換回路、中央制御装置に信号を伝送する伝送回路と電気回路を収納する外部ケーシングとを有する。コンディショニング回路は、１つあるいは複数のコンディショニング回路をカスケード接続することによりモジュラ型として組み立てられる。同様に変換回路は複数の筋電図信号のチャネルを変える。コンディショニング回路と変換回路は互いにオーバーラップして配置され、これらを収納するケーシングの大きさを制限して、ユーザが使用しやすいようにしている。

米国特許第ＵＳ−Ａ１−２０１３０３１７６４８号明細書国際公開パンフレットＷＯ−Ａ１−２０１３０６８８０４号中国特許第ＣＮ−Ａ−１０３３９３４２０号明細書国際公開パンフレットＷＯ−Ａ２−２００８０１７９２１号中国特許第ＣＮ１０２９６１１３２号明細書中国特許第ＣＮ−Ａ−１０３１９０９０５号明細書スペイン特許出願ＥＳ２３４６１７４号明細書

特許文献３は、高密度で配置されたフレキシブルな電極組立体と、電極列用の信号コンディショニング回路で形成された筋電図信号を測定する装置を開示する。信号コンディショニング回路は、高密度でフレキシブルな電極列とそれを増幅するフィルタとを有する。この電極列は電極に対応する位置の表面電位を獲得する。オペアンプ又はインスツルメントル・アンプがフレキシブルなプレート上に配置され、これらがインピーダンスの変換あるいは第一段の増幅を実行する。この電極列はユーザの皮膚の表面電位を高品質かつ低ノイズのレベルで（非平坦領域ででも）獲得する。

特許文献４は生体電気信号を獲得するシステムを開示する。このシステムは、ユーザの皮膚表面の部分に配置される第１検出電極と、この第１検出電極を生物電気信号の処理用の電子機器に接続する電気接続構造体とを有する。この電気接続構造体は、第１の磁力による取り外し可能な接続要素を有する。第１検出電極と取り外し可能な接続要素は、導電性材料例えばＡｇ又はＡｇＣｌでメッキされている。この従来の生体電気信号を獲得するシステムは、電極支持部材に組み込まれた検出電極列を具備する。電気接続構造は、磁気支持部材に組み込まれた取り外し可能な接続要素の対応する列を有する。各接続要素は、それぞれの検出電極に対応して配置され、検出電極と磁気的に相互接続するように設計されている。本発明とは異なり、

この特許文献４に開示されたシステムは、検出電極の近くで生物電気信号のデジタル化を実行せずに、単に検出された生物電気信号をＳＮ比を改善するために増幅している。検出電極近傍で、検出された生物電気信号のデジタル化を実行することにより、ケーブルを介して転送されることに起因する劣化を回避している。それに加えて、特許文献４のシステムは、電子手段を制御するマスター電子ユニットを有さない。即ち、特許文献４に開示されたシステムは、検出された生物電気信号をコンディショニングしデジタル化し伝送を制御するマスター電子ユニットを有さない。この特許文献４のシステムは、システムの電子接続のモジュラー構造を開示せず、検出領域を増大し、獲得したＥＭＧ信号からアナログ情報とデジタル情報を変換することを開示していない。

筋電図信号を測定する他の装置と方法は特許文献６，７にも開示されている。しかし、今のところ、２枚の支持層を含むフレキシブルなシートから形成される筋電図信号を測定する携帯装置は、知られていない。特に以下の構成の第１と第２の支持層を有する検出器装置は知られていない。即ち２枚の支持層の内の第１支持層は筋電図信号を得る検出手段を含み、第２支持層は、機械的かつ電気的にそして着脱可能に第１支持層に取り付けられ、前記筋電図信号のコンディショニングとデジタル化を実行しマスター電子ユニットへの送信を実行する電子回路を有する。

同様に従来技術においては、筋電図信号を測定する複数の携帯装置を機械的かつ電気的に結合して様々な振幅の複数の筋肉部位をカバーする構成は、開示されていない。

本発明の一態様によれば、本発明は、ユーザの筋電図信号（高解像度の筋電図信号ＨＲ−ＥＭＧ信号）を測定する携帯装置を提供する。本発明の携帯装置は第１支持層を有する。前記第１支持層は、使用中はユーザの筋肉上の皮膚に接触して配置される複数の電極を有する検出手段を含み、複数の筋電図信号を獲得する。

本発明の携帯装置は第２支持層を有する。前記第２支持層は、導電性結合手段（ボタン、クリップ等）により機械的かつ電気的にそして着脱可能に前記第１支持層に接続されている。前記第２支持層は電子手段を有する。この電子手段は、獲得した複数の筋電図信号のコンディショニング（増幅、時間フィルタリング、空間フィルタリング、多重化）と前記筋電図信号のデジタル化を実行し、コンディショニングされたデジタル形式の筋電図信号を通信チャネルを介して携帯装置のマスター電子ユニットに送信する。

前記マスター電子ユニットは、前記電子手段を制御し、受信しコンディショニングしデジタル化された前記筋電図信号を、制御ユニットに送信しモニタする。この為、前記マスター電子ユニットは、第２支持層に組み込まれ、第２支持層の一部を構成する。或いは相互接続された複数の第２支持層により共有される。

第２支持層を複数個有する実施例においては、各第２支持層は、機械的かつ電気的にそして着脱可能に互いに接続（相互接続）され、検出領域を増やし、導電性コネクタと通信チャネルによりアナログ情報とデジタル情報の両方を変換する。上記したように、相互接続された第２支持層が複数ある場合は、マスター電子ユニットは共有され、この共有されたマスター電子ユニットが、複数の第２支持層の内の各々に含まれる電子手段の少なくとも１つを制御する。

本発明の一実施例において、別の第２支持層に機械的かつ電気的に相互接続されている第２支持層の電子手段は、例えば、差分形式の記録或いはラプラス形式の記録が望ましい場合、前記コンディショニングを実行している間、この別の第２支持層に接続された第１支持層の隣接する電極の一部を制御する。

本発明の携帯装置では、２枚の支持層即ち第１支持層と第２支持層とを分離でき、その結果、携帯装置の洗濯／洗浄が容易になり。更に検出器の近くで、携帯装置内での得られた筋電図信号の修正とデジタル化が可能となり、ノイズや他の障害に起因する筋電図信号の劣化と干渉、小型の検出器故の構造的な複雑さを減らすことができる。

本発明の一実施例の第１支持層は通気性の耐水性ファブリーク（構造物）を含み、第２支持層は耐水性かつ通気性部分で半導電性特性を具備する構造物を含む。

電極は、一実施例においては第１支持層にマトリックス形式で配置され、他の実施例においてはラプラシアン形状、円形状で配置される。

本発明の一実施例においては、携帯装置は、１つ或いは複数の携帯装置に結合される導電性結合手段を周囲に更に有し、これによりカバーされべきる筋肉領域を拡大し、また異なる筋肉領域をカバーできるようにする。この実施例の制御ユニットは、結合された全ての携帯装置のマスター電子ユニットから受領した筋電図信号をモニタする。

本発明の一実施例においては、特に１つの第２支持層のみが機械的かつ電気的に第１支持層に接続されている場合は、本発明の携帯装置は、衣服の着衣アイテムに組み込まれるか取り付けられ、治療領域に固定される。前記衣服の着衣アイテムの一例は、ユーザの身体の上肢に取り付けられるアームバンド、ストラップ又はスリーブ、ユーザの身体の下肢に取り付けられる腹部バンド、ストラップ、ストッキングである。

本発明の他の実施例においては、特に複数個の第２支持層が機械的かつ電気的に第１支持層に接続されている場合は、第１支持層は、衣服の着衣アイテムに組み込まれるか取り付けられる。前記衣服の着衣アイテムの一例は、ユーザの身体の上肢に取り付けられるアームバンド、ストラップ、ユーザの身体の下肢に取り付けられる腹部バンド、ズボン、シャツである。複数個の第２支持層は、前記衣服の着衣アイテムの内のそれぞれ異なる部位に取り付けられる。前記異なる部位は、ユーザにより行われる運動に従って測定するべき筋電図信号が得られる筋肉部位に因って選択される。

本発明の一実施例によれば、筋電図信号をモニタする制御ユニットは、第２支持層に配置された電子ユニットであり、前記筋電図信号を導電性プレーン又は有線技術により受領する。

本発明の別の実施例によれば、前記制御ユニットは、本発明の携帯装置から離れた位置にあり、モニタすべき前記筋電図信号を有線手段あるいは無線手段（例、ブルーツース技術、赤外線技術、）により受領する。この場合、制御ユニットは、プロセッサを有するコンピュータ・ユニットを有し、受領した筋電図信号を処理する。

前記携帯装置は、携帯装置の第２支持層に含まれる種々の電子手段に給電するバッテリを有する。ユーザは、携帯装置を直接プラグに差し込む必要が無くなるため、携帯装置を安全に取り扱える。

制御ユニットは警報手段を有し、この警報手段が、筋電図信号の時間領域、周波数領域、空間領域における前処理の間、得られた筋肉共活性化指標、疲労度指標に基づいて、所定の筋肉パターンの変化に関連する指示を発する。

本発明の一実施例によれば、通信チャネルはデータ・バスを有する。他の実施例によれば、通信チャネルは、第２支持層の一部上に伸びる電気−抵抗性トラックで形成された導電性プレーンを含む。

本発明の第２の態様によれば、本発明は、ユーザの筋電図信号を測定するシステムを提供する。前記システムは、携帯装置と制御ユニットとを有し、携帯装置のマスター電子ユニットから受領した筋電図信号をモニタする。

前記携帯装置は、その周囲に配置された導電性結合手段により機械的かつ電気的に結合されている。その結果、ユーザの人体の異なる筋肉部位（例、二頭筋、三頭筋）をカバーできる、或いは、互いに分離して、ユーザの人体の異なる筋肉部位（一方は左手の筋肉部位、他方は左手の筋肉部位）に配置できる。

本発明の更に別の態様によれば、本発明はユーザの筋電図信号を測定する方法を提供する。本発明の方法は、以下のステップ
（ａ）複数の電極を含む検出手段を有する第１支持層を着脱可能に導電性カップリングにより第２支持層に取り付け、前記両層の接着により携帯装置を構成するステップと、
（ｂ）前記第１支持層をユーザの皮膚に使用中は接触させながら、前記携帯装置をユーザの筋肉あるいは筋肉の一部の上に固定するステップと、
（ｃ）複数の電極によりユーザの運動中に複数の筋電図信号を獲得するステップと、
（ｄ）前記第２支持層に含まれる電子手段により、複数の筋電図信号の増幅をフィルタリングを行うことによりコンディショニングするステップと、
（ｅ）前記電子手段により筋電図信号をデジタル形式に変換するステップと、
（ｆ）前記電子手段により、コンディショニングされデジタル化された筋電図信号を、第２支持層の通信チャネルを介して、携帯装置のマスター電子ユニットに送信するステップと、
（ｇ）前記マスター電子ユニットにより、前記電子手段の動作を制御し、受信しコンディショニングされデジタル化された筋電図信号を制御ユニットに送信するステップと、
（ｈ）プロセッサとメモリとを含む制御ユニットにより、受信した筋電図信号をモニタし処理するステップと、有する。そして前記処理ステップ（ｈ）は、筋肉の活性化マップの計算、筋肉の共動状態に関連する様々な指標の計算、固定した筋肉あるいはその部分に関連するユーザの活動と疲労度の計算を含む。

本発明の一実施例によれば、前記方法は、複数の第２支持層を第１支持層に機械的かつ電気的に互いに着脱可能に接続するステップを含み、前記マスター電子ユニットは、前記複数の第２支持層の１つに含まれる各電子手段の動作を制御する。

本発明の一実施例によれば、筋電図信号の処理結果は運動中のユーザに示される。これにより運動中に運動を制御できる。例えば、筋電図信号の処理結果は、制御ユニット又はユーザのコンピュータ装置（例えば、制御ユニットとは離れた位置にあるスマートフォーン、タブレット端末）のディスプレイの手段により表示される。

他の実施例によれば、筋電図信号の処理結果は、ユーザに表示する前に、制御ユニットのメモリー内に記憶しておき、治療の評価報告書の準備や運動の効果の監視の為に用いられ、それを第二のユーザ（例、医療スタッフ、健康管理スタッフ、トレーナー）が見ることもできる。

本発明は様々な分野に応用可能である。その一例は、神経生理学、リハビリ、物理療法、人間工学、スポーツである。これらの分野は、静止状態と運動中の状態の両方の状態でユーザに筋肉応答を測定しなけらばならない分野でる。

本発明の一実施例によるユーザの筋電図信号を測定する携帯装置を表す図。図１の携帯装置の支持層内に配置されたユニット／モジュールを表す図。４個の携帯装置が導電性結合手段により結合して取り付けられ、これによりユーザの筋電図信号を測定している間、登録されたチャネル数を増やし筋肉のより広い領域をモニタする本発明の他の実施例の携帯装置の平面図。本発明の携帯装置を形成する２枚の支持層Ｃ１，Ｃ２の断面図を示し、携帯装置の通信チャネルは、電気−抵抗性のトラックにより形成された導電性プレーンを含む状態を表す断面図。ユーザの皮膚に接触して配置される筋電図信号のセンサーの配列を表す図。本発明の携帯装置の通信チャネルがデータパスを含む携帯装置の他の実施例を表す図。本発明の携帯装置の通信チャネルが導電性プレーンを含む携帯装置の他の実施例を表す図。複数の第２支持層を含み、各第２支持層は、機械的かつ電気的にそして着脱可能に第１支持層に取り付けられている携帯装置を表す他の実施例を示す平面図。本発明の一実施例によるユーザの筋電図信号を測定する方法を表すフローチャート図。

図１，２は、ユーザの筋電図信号（electromyographic signal）を測定する即ち高解像度／高密度の筋電図信号を測定する携帯装置の一実施例を示す。この実施例の携帯装置ＵＢはフレキシブルな支持部材（例えば、ファブリック）を含む。これらは衣服の着衣アイテム（ユーザの腕や脚に着けるアームバンド、ストラップ、スリーブ／ストッキング、腹部バンド、シャツ）と一体にされるかあるいはそれに取り付けられる。これらは２枚の独立した支持層Ｃ１とＣ２を、着脱可能に導電性カップリング（ボタン、クリップ）３９の手段により一体化し、取り付けられる。このため２枚の支持層Ｃ１,Ｃ２は容易に取り外しが可能となり、洗濯／クリーニング等が可能となり第１支持層Ｃ１を再利用できる。第１支持層Ｃ１はユーザの皮膚に接着する支持層であり、筋電図信号を捕獲／測定する。

第１支持層Ｃ１は複数の筋電図センサー１１を具備した検出手段を含み、筋電図信号を捕獲する。図１，２の実施例によれば、筋電図センサー１１は電極により形成されるか好ましくは高密度に配置された電極により形成され、第１支持層Ｃ１にマトリックス状に配置される。これらの電極は高導電性材料から形成され、ドライタイプ或い導電性ジェルと共に用いることができる。電極はリング形状、点形状又は棒形状のいずれでもよい。

他の実施例（図示せず）によれば、筋電図センサー１１は第１支持層Ｃ１にラプラシアン（矩形）状あるいは円形状のいずれかで配置される。

第２支持層Ｃ２は、以下の機能を有する全ての電子手段（電子モジュール或いは電気回路とも称する）ＢＥを有する。即ち上記機能とは、得られた筋電図信号のコンディショニングと、筋電図信号をデジタル化すること（Ａ／Ｄコンバータ２４により）と、コンディショニングされてデジタル化された筋電図信号を通信チャネル２６を介してマスター電子ユニット２７に伝送することである。マスター電子ユニット２７は電子手段ＢＥを制御し、更に受信した筋電図信号を有線手段又は無線手段２８を介して制御ユニット３０に送りモニタする。マスター電子ユニット２７は、送信ユニット２５と通信チャネル２６と通信状態にあり、上記のコンディショニングのステップと筋電図信号のデジタルへの変換のステップを制御し、制御ユニット３０への送信も実行する。

本発明の一実施例によれば、この通信チャネル２６はデータ・バス３６により形成される（図５）か又は電気−抵抗性トラック３７により形成された導電性プレーンにより形成される（図４）。後者の場合、導電性接点４０により、絶縁材料で分離されている電子手段と導電性プレーンとの間の通信／導通が可能となる。

制御ユニット３０は、第２支持層Ｃ２内に配置されるか又は携帯装置ＵＢから離れた位置に配置される。後者の場合、制御ユニット３０はプロセッサとメモリとを具備するコンピュータ装置（ＰＣ、ラップトップ、タブレット端末等）を含み、受信した筋電図信号の処理を実行する。

獲得した筋電図信号のコンディショニング（条件付け）には、増幅、時間フィルタリング（空間フィルタリング）プロセス、必要によっては獲得した筋電図信号の多重化のプロセスを含む。図１，２の実施例によれば、筋電図信号のコンディショニングは、３つの独立した電子制御ユニット（増幅ユニット２１と、フィルタリングユニット（例、帯域フィルタ）２２と多重化ユニット２３を含む）で行われる。

第１支持層Ｃ１は、耐水性で柔軟性がありかつ通気性のあるスマート・ファブリックで形成される。第２支持層Ｃ２は半導電性特性を具備するスマート・ファブリックで形成され、耐水性機能と通気性機能を具備する部分を有する。第２支持層Ｃ２は、更に絶縁材料３８を有し組み込まれた電子装置の絶縁を行う。

通信チャネル２６は、電気−抵抗性トラック（electro-resistive track）３７により形成された導電性プレーン（図４）又はデータ・バス３６（図５）を有する。本発明の一実施例によれば、電気−抵抗性トラック３７を具備するある程度の導電率を有する導電性プレーンは、導電性ペイントの層を前記面に塗布することにより形成される。この方法は特許文献７に教示されている。

本発明の一実施例によれば、携帯装置ＵＢは、第２支持層Ｃ２の様々な電子手段ＢＥに給電するバッテリを有する。一実施例によればバッテリは、第２支持層Ｃ２内に組み込まれる、例えばマスター電子ユニット２７の近くに組み込まれ、電力供給バス３４又は導電性プレーン３７の手段により全ての電子手段ＢＥに接続される。別の構成としてバッテリは、ユーザが運動中に携行するバック・パック又はバッグ内に入れられる。バッテリから携帯装置への電力供給ワイヤリングも本発明では可能である。

携帯装置は警報手段を含む。この警報手段の一例は、聴覚用又は視覚用のいずれかで例えばＬＥＤ又はビープ音を発するスピーカである。これらは、好ましくは制御ユニット３０内に組み込まれ、筋肉の共動作指標、筋肉の疲労度指標（筋電図信号の時間領域、周波数領域、空間領域での処理により得られる）等に基づき、ユーザの所定の筋肉パターン内の変化（運動の開始時、前の運動期間）に関連した表示を示す。

本発明の他の実施例を示す図３において、筋電図信号を測定する携帯装置ＵＢは別の携帯装置ＵＢ１…ＵＢＮに接続される。その結果、獲得チャネルの増加（Ｎ×ｎの筋電図信号）により、ユーザのより広い範囲の筋肉部位の筋電図信号を獲得できる。個別の携帯装置ＵＢ１…ＵＢＮは、その周囲に配置された導電性結合手段３５により、互いに機械的かつ電気的に結合されている又は取り付けられている。この場合、制御ユニット３０は、全ての接続された携帯装置ＵＢ１…ＵＢＮのマスター電子ユニット２７から受領した筋電図信号をモニタする。

本発明の他の実施例を示す図６において、本発明の装置は複数の第２支持層Ｃ２を有する。各第２支持層Ｃ２は機械的かつ電気的にそして着脱可能に第１支持層Ｃ１に取り付けられている。複数の第２支持層Ｃ２の内の２個（これに限定されないが）は、機械的かつ電気的に互いに接続されに即ち相互接続され、マスター電子ユニット（ＭＵ１）２７を共有する。これにより導電性コネクタ４５と通信チャネル２６で、検出領域を広げ、アナログ情報とデジタル情報を変換する。自身専用のマスター電子ユニット（ＭＵ２）２７を有する別の第２支持層Ｃ２（この場合も複数の支持層を含むことができる）が、相互に接続された２つの第２支持層Ｃ２から離れて配置される。この相互接続された２つの第２支持層Ｃ２のマスター電子ユニット（ＭＵ１）２７は、相互接続された２つの第２支持層Ｃ２の電子手段ＢＥの各々を制御する。それに加えて、制御ユニット３０は、携帯装置ＵＢの全てのマスター電子ユニット２７から受領した筋電図信号をモニタできる。ＭＵ１は相互接続された２つの第２支持層Ｃ２の間で共有され、ＭＵ２は離れた場所に配置された第２支持層Ｃ２のものである。

図６の実施例においては、第１支持層Ｃ１は、ユーザの衣服の着衣アイテム（ユーザの身体の上肢に取り付けられるアームバンド又はストラップ、ユーザの身体の下肢に取り付けられる腹部バンド、ズボン）又はシャツに組み込むあるいはそれに取り付けることができる。複数個の第２支持層Ｃ２（相互接続される支持層あるいは離間して配置される支持層）は、前記衣服の着衣アイテムの内のそれぞれ異なる部位に取り付けられる。前記異なる部位は、ユーザにより行われる運動に従って測定するべき筋電図信号が得られる筋肉部位に因って選択される。
以上

図７は上記の携帯装置を用いてユーザの筋電図信号を測定する方法７００のフローチャートを示す。

ステップ７０１で、第１支持層Ｃ１と第２支持層Ｃ２を機械的かつ電気的にそして着脱可能に導電性カップリング３９の手段により接着（連結）して、携帯装置ＵＢを構成する。その後ステップ７０２で、この携帯装置ＵＢをユーザの筋肉上に固定する。第１支持層Ｃ１はユーザの皮膚に接触させ、ユーザをモニタする。その後ステップ７０３で、ユーザの運動中に、複数の筋電図信号が第１支持層Ｃ１の電極１１により獲得される。ステップ７０４で、筋電図信号が、電子手段ＢＥにより獲得され条件付けられてデジタル形式に変換される。それらの信号はマスター電子ユニット２７により制御ユニット３０に送信さる。ステップ７０５でそれらは処理される。この場合制御ユニット３０はコンピュータ装置を含む、例えばＰＣ、ラップトップ、タブレット端末等を含み、これにより信号処理が可能となる。

本発明の方法において、複数の第２支持層Ｃ２を有する場合は、これらは導電性コネクタ４５により相互接続され（図６）、そしてアナログ情報とデジタル情報の両方を導電性コネクタ４５と通信チャネル２６を介して変換し、同じ身体の様々な筋肉部位をカバーする。更に自身専用のマスター電子ユニット２７を有する複数の第２支持層Ｃ２を有する場合には、これらは互いに離れた位置に配置可能で、同一の身体の異なる筋肉部位をカバーできる。

一実施例においては、前記処理ステップで得られた結果をユーザに示す。これはコンピュータ装置のディスプレイあるいはユーザの携帯通信機器を介して例えばスマートフォン、タブレット端末等を介して行われる。後者の場合、コンピュータ装置は処理ステップで得られた結果を、ユーザの手元にある携帯通信機器に送信できる。

運動の終了時にあるいは運動中のユーザへ結果（バイオ・フィードバック）を表示することにより、エクササイズ（運動）のパフォーマンス（効果）を制御できエクササイズを改良できる。その結果ユーザは、治療中の部位の筋肉あるいは欠陥／不具合が検出された部位にある筋肉へ更に注力できる。神経筋肉レベル（neuromuscular level）におけるより大きな変化が直ちに受け入れ可能となる。これにより様々なスポーツに必要なある種の技術的な動きの習得の助けになる、或いは繰り返し運動、等運動量の運動、等運動範囲の運動の改善、中でもリハビリ中、診断プロセス、又はトレーニング・プロセスにおけるパフォーマンスの改善の助けになる。

筋電図信号は、運動中に処理されるか、あるいはオフライン（コンピュータ装置に記憶例えばメモリに記憶させておくことにより）で処理される。この処理は、他の計算の中でも特に、筋肉の活性化マップの計算、筋肉の共同動作に関連する様々な指標の計算、又は筋肉又はモニタしている筋肉部位に関連するユーザの動きと疲労度の様々な指標の計算を含む。

本発明の一実施例の上記の筋肉の活性化マップ又は前記指標の計算は、以下の文献に開示された教示に従って行われる。
「identification of isimetric contractions based on High Density EMG maps,Journal of Electromygraphy and Kinesiology 2012"」と「High-density surface EMG maps from upper-arm and forearm muscles, Journal of NeuroEugineering and Rehabilitation 2012」

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。本明細書で使用されている用語「接続」「取付」等は、同じ意味である。

１１：筋電図センサー（電極）
２１：増幅ユニット
２２：帯域フィルタ
２３：多重化ユニット
２４：Ａ／Ｄコンバータ
２５：送信ユニット
２６：通信チャネル
２７：マスター電子ユニット
２８：無線手段
３０：制御ユニット
３４：電力供給バス
３５：導電性結合手段
３６：データ・バス
３７：電気−抵抗性トラック
３８：絶縁材料
３９：導電性カップリング
４０：導電性接点
４５：導電性コネクタ
図７
７０１：機械的かつ電気的にそして着脱可能に２枚の支持層を接着し、筋電図信号を測定する携帯装置を形成する
７０２：この携帯装置をユーザの筋肉あるいはその一部に固定する
７０３：ユーザが運動している間複数の筋電図信号を得る
７０４：得られた筋電図信号をコンディショニングしデジタル形式に変換してマスター電子ユニットに送る
７０５：得られた筋電図信号を処理する。

Claims

ユーザの筋電図信号（electromyographic signals）を測定する携帯装置（ＵＢ）において、
前記携帯装置（ＵＢ）は、第１支持層（Ｃ１）と複数の第２支持層（Ｃ２）とマスター電子ユニット（２７）とを有し、
前記第１支持層（Ｃ１）は、使用中はユーザの筋肉上の皮膚に接触して配置される複数の電極（１１）を有する検出手段を含み、前記検出手段は、前記ユーザの筋肉から複数の筋電図信号を獲得し、導電性カップリング（３９）の手段により、機械的かつ電気的にそして着脱可能に前記第２支持層（Ｃ２）に取り付けられ、
前記第１支持層（Ｃ１）は、衣服の着衣アイテムに組み込まれるか取り付けられ、前記衣服の着衣アイテムは、前記ユーザの身体の上肢に取り付けられるアームバンド、ストラップ、スリーブ、前記ユーザの身体の下肢に取り付けられる腹部バンド、ズボン又はシャツを含み、
前記第２支持層（Ｃ２）は電子手段（ＢＥ）を有し、前記電子手段（ＢＥ）は、前記筋電図信号の増幅とフィルタリングによるコンディショニングとデジタル化を実行し、前記コンディショニングされたデジタル形式の筋電図信号を第２支持層（Ｃ２）の通信チャネル（２６）を介して前記マスター電子ユニット（２７）に送信し、
前記複数の第２支持層（Ｃ２）は、機械的かつ電気的に相互に接続されて検出領域を増やし、導電性コネクタ（４５）と通信チャネル（２６）によりアナログ情報とデジタル情報の間でＤ／Ａ変換又はＡ／Ｄ変換を実行し、前記マスター電子ユニット（２７）を共有し、
別の第２支持層（Ｃ２）に電気的かつ機械的に接続されている第２支持層（Ｃ２）の電子手段（ＢＥ）は、前記筋電図信号のコンディショニングの間、前記別の第２支持層（Ｃ２）に機械的かつ電気的に接続されている前記第１支持層（Ｃ１）の隣接する電極の一部を制御し、
前記複数の第２支持層（Ｃ２）は、それぞれ前記衣服の着衣アイテムの別々の部分の前記第１支持層（Ｃ１）に電気的かつ機械的に着脱可能に取り付けられ、前記別々の部分は、ユーザにより行われる運動に従って測定されるべき筋電図信号が得られる筋肉に依存して選択され、
前記マスター電子ユニット（２７）は、前記第２支持層（Ｃ２）の電子手段（ＢＥ）の１つを制御し、前記コンディショニングされたデジタル形式の筋電図信号をモニタする為に制御ユニット（３０）に送信する
ことを特徴とするユーザの筋電図信号を測定する携帯装置。
追加的な第２支持層（Ｃ２）を更に有し、前記追加的な第２支持層（Ｃ２）は、機械的かつ電気的にそして着脱可能に前記第１支持層（Ｃ１）に取り付けられ、前記複数の第２支持層（Ｃ２）から離して配置され、自身に専用の追加的なマスター電子ユニット（２７）を有し、
前記制御ユニット（３０）は、全ての前記マスター電子ユニット（２７）から受信した筋電図信号をモニタする
ことを特徴とする請求項１記載の携帯装置。
前記携帯装置（ＵＢ）に機械的かつ電気的に接続される導電性結合手段（３５）を前記携帯装置（ＵＢ）の周囲に更に有し、これにより筋電図信号の検出領域を広げるあるいは検出領域の数を増加させ、
前記制御ユニット（３０）は、前記全ての携帯装置（ＵＢ）のマスター電子ユニット（２７）から受領した筋電図信号をモニタする
ことを特徴とする請求項１記載の携帯装置。
前記制御ユニット（３０）は、前記第２支持層（Ｃ２）内に配置され、前記筋電図信号を有線手段で受領する電子ユニットである
ことを特徴とする請求項１記載の携帯装置。
前記制御ユニット（３０）は、前記携帯装置（ＵＢ）から離れた位置にあり、前記筋電図信号をガイド手段あるいは無線手段により受領し、
前記制御ユニット（３０）は、プロセッサを有するコンピュータ・ユニットを有し、受領した前記筋電図信号を処理する
ことを特徴とする請求項１記載の携帯装置。
前記携帯装置（ＵＢ）は前記電子手段（ＢＥ）に給電するバッテリを有する
ことを特徴とする請求項１−５のいずれか１項に記載の携帯装置。
警報手段が前記制御ユニット（３０）内に埋設され、前記警報手段は、前記筋電図信号の時間領域、周波数領域、空間領域における前処理の間得られた筋肉共活性化指標、疲労度指標に基づいて、所定の筋肉パターンの変化に関連する指示を発する
ことを特徴とする請求項４又は５記載の携帯装置。
前記通信チャネル（２６）は、前記第２支持層（Ｃ２）の一部上に伸びるデータ・バス（３６）又は導電性プレーン（３７）を含む
ことを特徴とする請求項１記載の携帯装置。
ユーザの筋電図信号を測定する方法において、
（ａ）複数の電極（１１）を含む検出手段を有する第１支持層（Ｃ１）を着脱可能に導電性カップリング（３９）により、複数の第２支持層（Ｃ２）に取り付け、前記第１支持層（Ｃ１）と複数の第２支持層（Ｃ２）の接着又は取付により携帯装置（ＵＢ）を構成するステップと、
前記第１支持層（Ｃ１）は、衣服の着衣アイテムに組み込まれるか取り付けられ、前記衣服の着衣アイテムは、ユーザの身体の上肢に取り付けられるアームバンド、ストラップ又はスリーブ、ユーザの身体の下肢に取り付けられる腹部バンド又はズボン更にシャツを含み、前記複数の第２支持層（Ｃ２）は、機械的かつ電気的に相互に接続されて検出領域を増やし、導電性コネクタ（４５）と通信チャネル（２６）によりアナログ情報とデジタル情報の間でＤ／Ａ変換又はＡ／Ｄ変換を実行し、マスター電子ユニット（２７）を共有し、
前記複数の第２支持層（Ｃ２）は、それぞれ前記の着衣アイテムの別々の部分の前記第１支持層（Ｃ１）に電気的かつ機械的に着脱可能に取り付けられ、前記別々の部分は、ユーザにより行われる運動に従って測定されるべき筋電図信号が得られる筋肉に依存して選択され、
（ｂ）前記第１支持層（Ｃ１）をユーザの皮膚に使用中は接触させながら、前記携帯装置（ＵＢ）をユーザの筋肉あるいは筋肉の一部の上に固定するステップと、
（ｃ）複数の電極（１１）によりユーザの運動中に複数の筋電図信号を獲得するステップと、
（ｄ）前記第２支持層（Ｃ２）の各々に帰属する電子手段（ＢＥ）により、複数の筋電図信号を、増幅とフィルタリングを行うことによりコンディショニングするステップと、
別の第２支持層（Ｃ２）に電気的かつ機械的に接続されている第２支持層（Ｃ２）の電子手段（ＢＥ）は、前記筋電図信号のコンディショニングの間、前記別の第２支持層（Ｃ２）に機械的かつ電気的に接続されている前記第１支持層（Ｃ１）の隣接する電極の一部を制御し、
（ｅ）前記複数の第２支持層（Ｃ２）の各々に含まれる前記電子手段（ＢＥ）により筋電図信号をデジタル形式に変換するステップと、
（ｆ）前記複数の第２支持層（Ｃ２）の各々に含まれる前記電子手段（ＢＥ）により前記コンディショニングされデジタル化された筋電図信号を、前記第２支持層（Ｃ２）の通信チャネル（２６）を介して前記マスター電子ユニット（２７）に送信するステップと、
（ｇ）前記マスター電子ユニット（２７）により、前記第２支持層（Ｃ２）に含まれる電子手段（ＢＥ）の動作を制御し、前記コンディショニングされデジタル化された筋電図信号を制御ユニット（３０）に送信するステップと、
（ｈ）プロセッサとメモリとを含む制御ユニット（３０）により、受信した筋電図信号をモニタし処理するステップと、
を有し、前記ステップ（ｈ）は、筋肉の活性化マップの計算、筋肉の共動状態に関連する様々な指標の計算、固定した筋肉あるいはその部分に関連するユーザの活動と疲労度の計算を含む
ことを特徴とするユーザの筋電図信号を測定する方法。
前記ステップ（ａ）において、追加的な第２支持層（Ｃ２）を更に用意し、前記追加的な第２支持層（Ｃ２）は、機械的かつ電気的にそして着脱可能に前記第１支持層（Ｃ１）に取り付けられ、前記複数の第２支持層（Ｃ２）から離して配置され、自身に専用の追加的なマスター電子ユニット（２７）を有し、
前記ステップ（ｈ）において、前記制御ユニット（３０）は、全てのマスター電子ユニット（２７）から受信した筋電図信号をモニタし処理する
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
（ｉ）前記携帯装置（ＵＢ）を他の携帯装置（ＵＢ）に、前記携帯装置（ＵＢ）の周囲に配置された導電性結合手段（３５）により機械的かつ電気的に接続するステップ
を更に有し、
前記ステップ（ｈ）は、前記制御ユニット（３０）は、全ての結合された携帯装置（ＵＢ）のマスター電子ユニット（２７）から受領した筋電図信号のモニタリングと処理プロセスを含む
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
前記筋電図信号の処理結果を、運動中のユーザにフィードバックして示す、
ことを特徴とする請求項９−１１のいずれか１項に記載の方法。
前記筋電図信号の処理結果を、運動後のユーザに示す、
ことを特徴とする請求項９−１１のいずれか１項に記載の方法。