JP7253242B2 - 計測器、筋硬度計測システムおよび計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、筋硬度を計測するための計測器、筋硬度計測システムおよび計測方法に関する。

筋または筋肉（以下、特に断りの無い限り、筋および筋肉をまとめて筋と呼ぶ）の活動状況や疲労を評価する指標としては、硬さ（以下、筋硬度と呼ぶ）が用いられている。筋硬度は、筋に力を加えた際の筋の変形量から評価される。

筋硬度を計測する従来の装置としては、例えば図１３に示す筋硬度計が知られている。図１３に示す従来の筋硬度計９０は、押付部９１と、コイルばね９２と、コイルばね９２が座屈を起こさず変形するためのガイド９３と、コイルばね９２の変位を指針９４の動きに変換するための機構とを有している。従来の筋硬度計９０は、円筒形のコイルばね９２の変位を測定する細長い装置であり、装置の先端の押付部９１を身体表面９９に押しつけることにより生じる反発力から、筋の硬さを推定する。筋硬度計による計測は、筋硬度の簡易的な評価方法であり、これまでに医療やスポーツ等の様々な分野において手軽に利用されている。

また、被測定面の硬度を測定するための装置として、例えば特許文献１には細長いロッド状の装置が開示されている。また例えば特許文献２には、生体の硬度を測定する装置が開示されている。特許文献２に記載の技術では、機械的振動を発生する振動部を使用者の指の根元に装着して、振動部の振動を指を介して検出部に伝導し、高分子圧電フィルムおよび静圧センサを用いて生体の硬度を測定する。

また、筋硬度を評価する最先端の技術としては、例えば超音波エラストグラフィーや、ＭＲＩを利用したエラストグラフィーが知られている。

特開昭５１－８４６８４号公報 特開２００６－２４７３３２号公報

プロのスポーツ選手やアマチュアのスポーツマンを問わず、例えばスポーツの現場においては、主に腓腹筋やハムストリングに発生する筋痙攣に悩まされており、運動時の筋硬度をモニターすることが求められている。しかしながら、図１３に記載されている従来の筋硬度計９０や特許文献１の硬度測定装置は、ばねの変位を測定する細長いロッド状の装置であり、装着性に問題がある。ばねの変位を測定するためには装置にある程度の長さが必要となり、細長いロッド状の装置を被験者に略垂直に装着したまま、運動する被験者の筋硬度を計測することは困難である。運動する被験者への装着性に関し、従来の筋硬度計９０等には大きさや重量等の面においても問題がある。特許文献２に記載の技術は、振動部の振動を検出部に伝導していることから、被測定部位に力を加えた際の被測定部位の変形量を測定していない。特許文献２に記載の技術は筋硬度を測定していない。最先端の技術である超音波エラストグラフィーや、ＭＲＩを利用したエラストグラフィーもまた、運動時の筋硬度を計測することは困難である。運動時の筋硬度を計測するために、筋硬度計には、被験者への装着性を向上させることが求められている。

本発明の目的は、被験者への装着性を向上させた計測器および当該計測器を用いた筋硬度計測システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、例えば以下に示す態様を含む。
（項１）
端面が開口した筒状部材と、
計測対象物に接触させるための接触用圧子と、
一端に前記接触用圧子が接続される弾性部材と、
前記弾性部材の変形量に基づいて、前記計測対象物から前記接触用圧子にかかる力を感知するセンサと、
を備え、
前記弾性部材は、前記接触用圧子の少なくとも一部を前記筒状部材の前記端面から突出する傾向に弾性的に付勢する、計測器。
（項２）
前記筒状部材は、少なくとも一方の端面が開口し、
前記弾性部材は、一端に前記接触用圧子が接続されて前記筒状部材の空洞内に配置され、圧縮された状態において自立し、
前記センサは、前記筒状部材の前記空洞内において前記弾性部材の他端側に配置され、前記弾性部材の変形による圧力を感知する圧力センサである、項１に記載の計測器。
（項３）
前記弾性部材は円錐ばねである、項２に記載の計測器。
（項４）
前記圧力センサと前記弾性部材の他端との間に、
一端に前記弾性部材が接続される保持部材と、
前記保持部材の他端側に配置され、前記弾性部材の変形による圧力を前記圧力センサに伝達するセンサ圧子と、
をさらに備える、項２または３に記載の計測器。
（項５）
前記弾性部材は、前記筒状部材の内側に延伸しており、一端は前記筒状部材に接続され、他端は前記接触用圧子に接続され、
前記センサは、前記弾性部材に配置され、前記弾性部材の変形による歪みを感知する歪みセンサである、項１に記載の計測器。
（項６）
前記弾性部材は板ばねである、項５に記載の計測器。
（項７）
前記筒状部材は、幅が１０ｍｍ～４０ｍｍであり、高さが５ｍｍ～１５ｍｍである、項１から６のいずれかに記載の計測器。
（項８）
項１から７のいずれかに記載の計測器と、
前記計測器から入力される信号に基づいて、前記計測器が装着される位置に対応する筋硬度に対応する数値を算出する演算部と、
を備える、筋硬度計測システム。
（項９）
複数の前記計測器を備え、
前記演算部は、前記複数の計測器から入力される信号に基づいて、前記計測器が装着されるそれぞれの位置に対応する筋硬度に対応する数値を算出する、項８に記載の筋硬度計測システム。
（項１０）
筋硬度の計測結果を表示する表示部をさらに備える、項８または９に記載の筋硬度計測システム。
（項１１）
項１から７のいずれかに記載の計測器を被験者に装着するステップと、
前記計測器から入力される信号に基づいて、前記計測器が装着される位置に対応する筋硬度に対応する数値を算出するステップと、
を含む、筋硬度計測方法。

本発明によると、被験者への装着性を向上させた計測器および当該計測器を用いた筋硬度計測システムを提供することができる。

一実施形態に係る計測器を示す図である。 一実施形態に係る計測器の使用方法を説明するための図である。 一実施形態に係る筋硬度計測システムの模式的な構成を示す図である。 一実施形態に係る筋硬度計測システムの回路構成を説明するための図である。 第１の計測例において被験者が実施する運動を説明するための図である。 第１の計測例における圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。 第２の計測例において被験者に装着する複数の計測器の装着部位を示す図である。 異なる部位に装着された複数の圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。 異なる部位に装着された複数の圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。 異なる部位に装着された複数の圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。 他の実施形態に係る計測器を示す斜視図である。 他の実施形態に係る計測器の使用方法を説明するための図である。 従来の筋硬度計を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図面において、同じ符号は同じまたは類似の構成要素を示すこととし、よって、同じまたは類似の構成要素に関する重複した説明を省略する。

［計測器］
図１は、一実施形態に係る計測器を示す図である。（Ａ）は計測器の分解斜視図であり、（Ｂ）は計測器において筒状部材のみを断面にした斜視図である。

一実施形態に係る計測器１０（１０Ａ）は、筒状部材１（１Ａ）と、接触用圧子２（２Ａ）と、弾性部材３（３Ａ）と、センサ４（圧力センサ４Ａ）と、保持部材５と、センサ圧子６と、底蓋７とを備える。計測器１０Ａによる計測は、筒状部材１Ａの端面１ａおよび接触用圧子２Ａが被験者の皮膚９に接触して配置されている状態において行われる。

計測器１０Ａは、筒状部材１Ａの開口した端面１ａの側を、被験者の筋に対応する位置の皮膚９に向けて装着される。接触用圧子２Ａは、弾性部材３Ａの弾性力により端面１ａから突出するように付勢されている。接触用圧子２Ａが皮膚９に押し付けられると、弾性部材３Ａは圧縮方向に変形する。弾性部材３Ａが変形する程度は、押し付ける力の反力に応じて変化する。この反力は皮膚９の硬さに応じて変化する。計測器１０Ａは、弾性部材３Ａの変形による圧力を圧力センサ４Ａにより感知することにより、装着部位の皮膚９の位置に対応する、被験者の筋硬度に対応する信号を出力する。

例示的には、計測器１０Ａの寸法は、筒状部材１Ａにおいて幅ｗが約１０ｍｍ～約４０ｍｍであり、高さｈが約５ｍｍ～約１５ｍｍである。例示的には、計測器１０Ａの重量は約１２ｇ～約１５ｇである。

筒状部材１Ａは、少なくとも一方の端面１ａが開口した部材であり、計測器１０Ａの外装として機能する。筒状部材１Ａの空洞１ｃ内には、弾性部材３Ａ、圧力センサ４Ａ、保持部材５、およびセンサ圧子６が収容される。計測器１０Ａの使用時には、空洞１ｃ内には接触用圧子２Ａの一部または全部が収容される。

本実施形態では、筒状部材１Ａには金属製の円筒を用いる。筒状部材１Ａの形状は筒型であればよく、端面１ａの形状は円形に限らず例えば矩形または多角形であってもよい。筒状部材１Ａの材質は、皮膚９よりも硬い材質であればよく、金属に限らず例えば種々の樹脂等を用いることもできる。

接触用圧子２Ａは、計測対象物である皮膚９に接触するための部材である。接触用圧子２Ａは、弾性部材３Ａにより、少なくとも一部が筒状部材１Ａの端面１ａから突出する傾向に弾性的に付勢されている。

本実施形態では、接触用圧子２Ａには樹脂製の円柱状の部材を用いる。接触用圧子２Ａの形状は図示する形状に限定されず、使用時に筒状部材１Ａの空洞１ｃ内に収容可能な形状および寸法であればよい。接触用圧子２Ａの材質は、皮膚９よりも硬い材質であればよく、樹脂に限らず種々の金属等を用いることもできる。

弾性部材３Ａは、一端３ａに接触用圧子２Ａが接続されて筒状部材１Ａの空洞１ｃ内に配置され、圧縮された状態において自立する（self-standing）部材である。圧縮された状態において自立するとは、圧縮された状態において座屈（buckling）または胴折れしないことを意味する。また、弾性部材３Ａは、接触用圧子２Ａの少なくとも一部を筒状部材１Ａの端面１ａから突出する傾向に弾性的に付勢する。弾性部材３Ａは、線形のばね特性を有することが好ましい。

本実施形態では、弾性部材３Ａには金属製の円錐ばねを用いる。円錐ばねは、圧縮方向に向けて径が連続的に増大するばねであり、座屈または胴折れし難い特性を有している。用いる円錐ばねは、圧縮時にもコイルの線材（素線とも呼ぶ）同士が密着しない形状（例えば、渦巻き線香の形状）であることが好ましく、最大圧縮時には略平面となることがより好ましい。弾性部材３Ａに円錐ばねを用いることにより、弾性部材３Ａの初期の高さを低下させることができる。コイルの材質は金属製に限らず、例えばポリカーボネート等の樹脂製であってもよい。また、弾性部材３Ａは円錐ばねに限らず、例えば皿ばねまたはウェーブスプリングであってもよい。また、弾性部材３Ａにはゴム等の弾性体を用いることもできる。用いる弾性体は、圧縮力と変形とが線形的であることが好ましく、繰り返し変形させても特性が変化しないことが好ましい。

圧力センサ４Ａは、筒状部材１Ａの空洞１ｃ内において弾性部材３Ａの他端３ｂ側に配置され、弾性部材３Ａの変形による圧力を感知する。圧力センサ４Ａには、センサに圧力が加わると電気抵抗が変化する例えば電気抵抗変化型の圧力センサや、静電容量変化型等の種々の形式の圧力センサを用いることができる。圧力センサ４Ａには、例えば高分子厚膜フィルム（Polymer Thick Film）を用いて製造された薄型の圧力センサを用いることが好ましい。本実施形態では、圧力センサ４Ａには米国Interlink Electronics社製のFSR 400 shortを用いる。

保持部材５およびセンサ圧子６は、圧力センサ４Ａと弾性部材３Ａの他端３ｂとの間に配置される。

保持部材５は一端に弾性部材３Ａが接続され、ばね受けとして機能する。保持部材５の略中央には、センサ圧子６の位置を決めるための開口５ｃが設けられていることが好ましい。

本実施形態では、保持部材５には金属製の円盤状の部材を用いる。保持部材５の形状は図示する形状に限定されず、ばね受けとして機能する形状および寸法であればよい。保持部材５の材質も金属に限らず種々の樹脂等を用いることができる。

センサ圧子６は、保持部材５の他端側に配置され、弾性部材３Ａの変形による圧力を圧力センサ４Ａに伝達する。センサ圧子６の一部は保持部材５の開口５ｃに挿入されていることが好ましい。

本実施形態では、センサ圧子６には、径が異なる半球を組み合わせた樹脂製の部材を用いる。センサ圧子６の形状は図示する形状に限定されず、圧子として機能する形状および寸法であればよい。センサ圧子６の材質も樹脂に限らず種々の金属等を用いることができる。

底蓋７は、筒状部材１Ａの他方の端面１ｂに配置される。底蓋７の表面には圧力センサ４Ａが配置される。底蓋７の表面には、圧力センサ４Ａ、センサ圧子６、保持部材５、弾性部材３Ａ、および接触用圧子２Ａが順に積み重ねられている。本実施形態では、底蓋７および圧力センサ４Ａは接着により固定されており、センサ圧子６、保持部材５、弾性部材３Ａ、および接触用圧子２Ａは接着により互いに接続されている。なお、計測時には圧力センサ４Ａとセンサ圧子６とは接触しているが、接続はされていないし固定もされていない。

本実施形態では、圧力センサ４Ａが配置された底蓋７は、弾性部材３Ａ、保持部材５、およびセンサ圧子６と共に保護布（図示せず）で覆われており、圧力センサ４Ａと弾性部材３Ａとの位置関係は、この保護布により保たれている。本実施形態では、保護布（図示せず）で覆われて可動部分を構成する接触用圧子２Ａ、弾性部材３Ａ、保持部材５、およびセンサ圧子６は、筒状部材１Ａの空洞１ｃ内において、筒状部材１Ａに係合することなく変位する。底蓋７等は、保護布で覆われた後に、例えば接着により筒状部材１Ａの他方の端面１ｂに接着される。底蓋７の材質には、例えば金属または樹脂等の種々の材質を用いることができる。

なお、図示する本実施形態では、筒状部材１Ａには両方の端面１ａ,１ｂが開口した部材を用いているが、例えばどちらか一方の端面が開口しておらず筒状部材１Ａが底板を有する場合には、底蓋７を不要とすることができる。

図２は、一実施形態に係る計測器の使用方法を説明するための図である。（Ａ）は計測器が使用されていない状態を示す。（Ｂ）は計測器が硬い表面に押し付けられた状態を示す。（Ｃ）は計測器が軟らかい表面に押し付けられた状態を示す。

（Ａ）に示すように、計測器１０Ａが使用されていない状態では、接触用圧子２Ａは少なくとも一部が筒状部材１Ａの端面１ａから突き出している。図示する態様では、接触用圧子２Ａは全体が筒状部材１Ａの端面１ａから突き出している。

（Ｂ）に示すように、計測器１０Ａを硬い表面（例えば硬い皮膚９ａ）に押し付けると、接触用圧子２Ａに直列に配置されている弾性部材３Ａが圧縮されて縮むことにより、接触用圧子２Ａはその先端が筒状部材１Ａの端面１ａまで変位した状態になる。一方、（Ｃ）に示すように、計測器１０Ａを軟らかい表面（例えば軟らかい皮膚９ｂ）に押し付けると、弾性部材３Ａの反力により、接触用圧子２Ａは少なくとも一部が筒状部材１Ａの端面１ａから突き出した状態になる。

筋活動や疲労により皮膚９が硬くなると、（Ｃ）に示す状態から（Ｂ）に示す状態に近づいてゆき、圧縮変形による弾性部材３Ａの変形（変位）の程度も変化する。よって、被験者が運動することにより皮膚９の硬さが（Ｃ）に示す状態から（Ｂ）に示す状態に変化する際の、弾性部材３Ａの変形（変位）に応じた圧力を、圧力センサ４Ａを用いて検出することにより、被験者の筋硬度を圧力として検出することができる。弾性部材３Ａの変形（変位）に応じた圧力の変化は、被験者の筋硬度に依存している。

計測器１０Ａは、例えばキネシオロジーテープ等の伸縮性を有するテープまたは包帯を用いて被験者の皮膚９（９ａ，９ｂ）へ装着される。この伸縮性を有するテープを覆うようにバンデージテープ等をさらに巻き付けてもよい。計測器１０Ａを被験者に装着する手段は、装着部位の筋活動を妨げるものでなければよい。

以上、計測器１０（１０Ａ）によると、被験者への装着性を向上させることができる。従来はばねの変位を測定していたところ、計測器１０Ａは、弾性部材３Ａの変形による圧力を圧力センサ４Ａにより感知する。これにより計測器１０Ａは薄型化される。また、計測器１０Ａでは、弾性部材３Ａが圧縮された状態において座屈しないことにより、弾性部材３Ａが圧縮変形する際の動きを制限するガイドを不要としている。これにより計測器１０Ａは薄型化される。計測器１０Ａが薄型化されることにより、被験者への装着性は向上し、被験者の筋硬度を運動時においても計測することが可能となる。

また、筋活動の定量的な評価を行うためには、皮膚表面からの受動的な変化を測定する機構のみでは不十分であり、皮膚表面に負荷を与える機構が必要となる。計測器１０Ａでは、筒状部材１Ａと弾性部材３Ａとにより負荷機構を構成することにより、動作解析の定量化を実現している。

筋活動を計測する他の手法として、スポーツやリハビリテーション分野では、筋からの微弱な電位信号の変化を検出する筋電位計測も利用されているが、筋電位計測は計測部位の接触状態や電気抵抗の変化による影響を受けやすく、計測を行う環境が制限される。これに対し、計測器１０Ａは、弾性部材３Ａの変形による圧力を圧力センサ４Ａにより感知することから、被験者の汗や水分等、計測部位の状態の変化による影響を受けにくく、発汗を伴うような長時間の運動時であっても、被験者の筋硬度を計測することが可能となる。筋痙攣を誘発する因子として、筋への過剰負荷や長時間の緊張による筋疲労、大量の発汗による筋の電解質異常等が報告されているが、計測器１０Ａによると、筋痙攣を誘発するこのような状態に被験者があったとしても、被験者の筋硬度を適切にモニターすることが可能となる。

［筋硬度計測システム］
図３は、一実施形態に係る筋硬度計測システムの模式的な構成を示す図である。図４は、一実施形態に係る筋硬度計測システムの回路構成を説明するための図である。

一実施形態に係る筋硬度計測システム３０は、計測器１０（１０Ａ）と、演算部２１と、切替器２２と、通信部２３と、表示部２４とを備える。本実施形態では、演算部２１、切替器２２および通信部２３はケース２０内に収容されており、表示部２４はケース２０の表面に配置されている。切替器２２、通信部２３および表示部２４は任意の構成とすることができる。なお、ケース２０には、筋硬度計測システム３０の各部を駆動するための電源（図示せず）も収容されている。

筋硬度計測システム３０は、計測器１０を少なくとも１つ備えている。本実施形態では、筋硬度計測システム３０は、複数の計測器１０（１０ａ～１０ｈ）を備えている。筋硬度計測システム３０は、被験者に装着された複数の計測器１０からの信号を同時に計測することができる。これにより、運動中の被験者の筋硬度の時間変化を、複数の装着部位毎に同時にモニターすることが可能となり、運動中の被験者の筋活動を評価することが可能となる。

演算部２１は、計測器１０から入力される信号に基づいて、計測器１０が装着される位置に対応する筋硬度を計測する。筋硬度計測システム３０が複数の計測器１０を備える場合、演算部２１は、複数の計測器１０ａ～１０ｈから入力される信号に基づいて、計測器１０ａ～１０ｈが装着されるそれぞれの位置に対応する筋硬度を計測する。

筋硬度の計測とは、例えば、圧力センサ４Ａの出力である圧力信号の値を、筋による押し込み反力の値に変換することを意味する。変換された押し込み反力の値は、装着部位の被験者の筋硬度に対応している。筋硬度の計測結果とは、例えば後述する図８のグラフに示す筋硬度の時間変化（圧力センサの経時的な出力のグラフ）を意味する。計測器１０から入力される信号と押し込み反力の大きさとの対応関係は、例えばロードセルを用いた較正実験により予め決定することができる。

演算部２１には、ハードウェアの構成として、データ処理を行うＣＰＵ等のプロセッサと、プロセッサがデータ処理の作業領域に使用するメモリとが備えられている。本実施形態では、演算部２１には、計測器１０から入力される信号として、圧力センサ４Ａからの電圧信号のデータが、例えば計測時刻の情報と共に一時的に記録される。

本実施形態では、演算部２１には、Ａ／Ｄ変換器が内蔵されたArduino（登録商標）等のシングルボードコンピュータを用いる。または、演算部２１には、例えばRaspberry Pi（登録商標）等のシングルボードコンピュータと、Ａ／Ｄ変換器とを組み合わせて用いることもできる。

切替器２２は、計測器１０と演算部２１との間に接続され、複数の計測器１０ａ～１０ｈから入力される信号を所定の時間毎に切り替えて出力する。切替器２２はリレー回路として機能する。筋硬度計測システム３０が備える計測器１０の個数が１つの場合、または、複数の計測器１０からの複数の信号を演算部２１が受け入れることができる場合、切替器２２は省略することができる。

本実施形態では、切替器２２には、米国Texas Instruments社製のマルチプレクサスイッチCD74HC4067Eを用いる。

通信部２３は、計測器１０から入力される信号のデータを、または演算部２１において計測された筋硬度の計測結果を、無線または有線により外部のサーバ装置（図示せず）に送信することができる。通信部２３には、上記したArduino（登録商標）に実装されているBluetooth（登録商標）モジュールを用いることができる。

表示部２４は、演算部２１において計測された筋硬度の計測結果を表示する。表示部２４には、例えば小型の有機ＥＬディスプレイモジュールを用いることができる。

［計測例］
一実施形態に係る筋硬度計測方法では、計測器１０（１０Ａ）を被験者に装着し、計測器１０から入力される信号に基づいて、計測器１０が装着される位置に対応する筋硬度を計測する。

第１の計測例では、運動中の被験者が発揮する力と圧力センサの出力との相関性について確認する。

図５は、第１の計測例において被験者が実施する運動を説明するための図である。図６は、第１の計測例における圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。

図５に示すように、第１の計測例では、被験者の上腕二頭筋に計測器１０を装着し、重りを持ち上げる動作を行った。重りの重さは１ｋｇから５ｋｇまで順次１ｋｇずつ増加させた。計測結果を図６に示す。図６に示すグラフの縦軸は、装着部位の被験者の筋による押し込み反力であり、圧力センサ４Ａの出力である圧力信号の値から、力の値（単位Ｎ［ニュートン］）に換算されている。

図６のグラフ中に存在する５つのピークのうち、左端のピークは、被験者が重さ１ｋｇの重りを持ち上げた際の圧力センサ４Ａの出力であり、右端のピークは、被験者が重さ５ｋｇの重りを持ち上げた際の圧力センサ４Ａの出力である。被験者が持ち上げる重りの重さが増加するにつれ、圧力センサ４Ａの出力のピーク値もほぼ線形的に増加している。これにより、最大筋力発揮時の圧力センサ４Ａの信号強度と、被験者が持ち上げる重りの重さとの間に相関性を確認することができ、計測器１０の有用性を確認することができた。

第２の計測例では、被験者の筋の複数の部位に圧力センサを装着して、筋の部位毎の筋活動の変化を確認する。

図７は、第２の計測例において被験者に装着する複数の計測器の装着部位を示す図である。図７には、被験者の右脚の膝から下を、被験者の後方から見た状態が示されている。図８ないし図１０は、異なる部位に装着された複数の圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。

図７に示すように、第２の計測例では、被験者の右脚の腓腹筋に８つの計測器１０（１０ａ～１０ｈ）を装着し、つま先を伸ばす動作を繰り返し行った。測定は長座位の姿勢で行い、２台の椅子を用いて右脚の腓腹筋を浮かせた状態で、２秒間脱力した後に２秒間つま先を伸ばす動作を５回繰り返した。部位１から部位４は、下腿部内側部であり、部位５から部位８は、下腿外側部である。部位１から部位８のそれぞれに、計測器１０ａ～１０ｈをそれぞれ装着した。腓腹筋への計測器１０ａ～１０ｈの装着には、キネシオロジーテープおよびバンデージテープを用いた。計測結果を図８ないし図１０に示す。

図８は、部位１から部位８のそれぞれの装着部位に装着された圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。

脱力時と比較して、筋力を発揮している時は筋が硬くなることが知られている。図８のグラフより、脱力時に対応する０秒～２秒、４秒～６秒、８秒～１０秒、１２秒～１４秒、および１６秒～１８秒の区間ではいずれも、検出した押し込み反力は約０．２Ｎ［ニュートン］以下になっている。つま先を伸ばしている時間に対応する２秒～４秒、６秒～８秒、１０秒～１２秒、１４秒～１６秒、および１８秒～２０秒の区間では、部位３を除く７箇所の装着部位において、最小で約０．２Ｎ程度の、最大で約１．４Ｎ程度の押し込み反力を検出した。装着部位によって検出される押し込み反力の大きさに差異はあるものの、それぞれの装着部位において被験者の筋力発揮による筋の部位毎の筋硬度の変化をモニターすることができた。

なお、図８のグラフにおいて、つま先を伸ばしている１４秒～１６秒および１８秒～２０秒の区間では、計測される押し込み反力の大きさが僅かに減少している。これは、その前の１０秒～１２秒の区間の動作時に被験者の足底部に筋痙攣が生じ、その後の動作において、つま先を完全には伸ばさず、中足趾節関節部までの動作に変更したことによる変化である。

図９の（Ａ）は、部位１および部位２に装着された圧力センサの経時的な出力を示すグラフであり、（Ｂ）は、部位５および部位６に装着された圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。

部位１、部位２、部位５および部位６ではいずれも、計測器１０の全体が腓腹筋に装着されている。部位１および部位２は腓腹筋内側頭部に対応する部位であり、部位５および部位６は腓腹筋外側頭部に対応する部位である。

圧力センサの出力について、部位１および部位２に対応する図９の（Ａ）のグラフと、部位５および部位６に対応する図９の（Ｂ）のグラフとを比較すると、検出される押し込み反力の大きさについて顕著な差異が見受けられる。検出される押し込み反力の大きさは、部位１および部位２において、部位５および部位６よりも大きくなっている。これは、つま先を伸ばす動作が、部位５および部位６に対応する腓腹筋外側頭部の働きよりも、部位１および部位２に対応する腓腹筋内側頭部の働きによって行われていることを示している。

これにより、被験者の筋の複数の部位に圧力センサを装着して、筋の部位毎の筋活動の変化を確認することができた。

図１０の（Ａ）は、部位３に装着された圧力センサの経時的な出力を示すグラフであり、（Ｂ）は、部位１、部位２および部位４に装着された圧力センサの経時的な出力を示すグラフである。

部位１から部位４はいずれも、腓腹筋内側頭部に対応する部位である。部位１から部位４のうち、部位３は腓腹筋内側頭部から腱に移行する部位である。圧力センサの出力について、部位３に対応する図１０の（Ａ）のグラフと、部位１、部位２および部位４に対応する図１０の（Ｂ）のグラフとを比較すると、検出される押し込み反力の大きさは、部位３において小さくなっている。また、部位１、部位２および部位４では大きな信号変化が得られているものの、部位３では得られる信号変化は小さい。これは、部位３が、腓腹筋内側頭部から腱に移行する部位であることが理由であると考えられる。

これにより、被験者の筋の複数の部位に圧力センサを装着して、筋の部位毎の筋活動の変化を確認することができた。

以上、筋硬度計測システム３０によると、被験者への装着性を向上させた計測器を用いた筋硬度計測システムを提供することができる。計測器１０が薄型化されることにより、被験者への装着性は向上し、被験者の筋硬度を運動時においても計測することが可能となる。筋硬度計測システム３０を用いることにより、従来は触診等で判断されていた筋硬度の違いを経時的かつ定量的に評価することが可能になり、動作による筋活動の変化も検出することが可能になる。
［その他の形態］

以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

計測器１０は、上記した一実施形態に係る計測器１０Ａに限定されない。他の実施形態では、計測器１０は、例えば図１１および図１２に例示する計測器１０Ｂとすることもできる。すなわち、計測器１０は、端面１ａが開口した筒状部材１と、計測対象物９に接触させるための接触用圧子２と、一端に接触用圧子２が接続される弾性部材３と、弾性部材３の変形量に基づいて、計測対象物９から接触用圧子２にかかる力を感知するセンサ４と、を備え、弾性部材３は、接触用圧子２の少なくとも一部を筒状部材１の端面１ａから突出する傾向に弾性的に付勢する、計測器１０とすることができる。

以下において説明する他の実施形態に係る計測器１０Ｂの構成は、特に言及しない限り、上記した一実施形態に係る計測器１０Ａの構成と同様であるので、重複する説明は省略する。

図１１は、他の実施形態に係る計測器を示す斜視図である。

他の実施形態に係る計測器１０（１０Ｂ）は、筒状部材１（１Ｂ）と、接触用圧子２（２Ｂ）と、弾性部材３（３Ｂ）と、センサ４（歪みセンサ４Ｂ）とを備える。計測器１０Ｂによる計測は、筒状部材１Ｂの端面１ａおよび接触用圧子２Ｂが被験者の皮膚９に接触して配置されている状態において行われる。

計測器１０Ｂは、筒状部材１Ｂの開口した端面１ａの側を、被験者の筋に対応する位置の皮膚９に向けて装着される。接触用圧子２Ｂは、弾性部材３Ｂの弾性力により端面１ａから突出するように付勢されている。接触用圧子２Ｂが皮膚９に押し付けられると、弾性部材３Ｂは変形する。弾性部材３Ｂが変形する程度は、押し付ける力の反力に応じて変化する。この反力は皮膚９の硬さに応じて変化する。計測器１０Ｂは、弾性部材３Ｂの変形による歪みを歪みセンサ４Ｂにより感知することにより、装着部位の皮膚９の位置に対応する、被験者の筋硬度に対応する信号を出力する。

例示的には、計測器１０Ｂの寸法は、筒状部材１Ｂにおいて幅が約１０ｍｍ～約４０ｍｍであり、高さが約５ｍｍ～約１５ｍｍである。

弾性部材３Ｂは、筒状部材１Ｂの内側に延伸している。弾性部材３Ｂの一端は筒状部材１Ｂに接続され、他端は接触用圧子２Ｂに接続されている。図示する態様では、弾性部材３Ｂの一端は、筒状部材１Ｂの端面１ｂ側に接続され、接触用圧子２Ｂは、筒状部材１Ｂに面する弾性部材３Ｂの表面に接続されている。弾性部材３Ｂは、接触用圧子２Ｂの少なくとも一部を筒状部材１Ｂの端面１ａから突出する傾向に弾性的に付勢する。弾性部材３Ｂは、線形のばね特性を有することが好ましい。

図示する態様では、弾性部材３Ｂには金属製の板ばねを用いる。弾性部材３Ｂの形状は図示する板状に限定されず、例えば棒状であってもよい。ばねの材質は金属製に限らず、例えばポリカーボネート等の樹脂製であってもよい。また、弾性部材３Ｂにはゴム等の弾性体を用いることもできる。用いる弾性体は、圧縮力と変形とが線形的であることが好ましく、繰り返し変形させても特性が変化しないことが好ましい。

歪みセンサ４Ｂは、弾性部材３Ｂに配置され、弾性部材３Ｂの変形による歪みを感知する。歪みセンサ４Ｂには、例えば電気抵抗式等の種々の形式の歪みセンサを用いることができる。

本実施形態では、可動部分を構成する接触用圧子２Ｂおよび弾性部材３Ｂは、筒状部材１Ｂの空洞１ｃに係合することなく変位する。

図１２は、他の実施形態に係る計測器の使用方法を説明するための図である。（Ａ）は計測器が使用されていない状態を示す。（Ｂ）は計測器が硬い表面に押し付けられた状態を示す。（Ｃ）は計測器が軟らかい表面に押し付けられた状態を示す。

（Ａ）に示すように、計測器１０Ｂが使用されていない状態では、接触用圧子２Ｂは少なくとも一部が筒状部材１Ｂの端面１ａから突き出している。（Ｂ）に示すように、計測器１０Ｂを硬い表面（例えば硬い皮膚９ａ）に押し付けると、他端に接触用圧子２Ｂが接続されている弾性部材３Ｂが撓むことにより、接触用圧子２Ｂはその先端が筒状部材１Ｂの端面１ａまで変位した状態になる。一方、（Ｃ）に示すように、計測器１０Ｂを軟らかい表面（例えば軟らかい皮膚９ｂ）に押し付けると、弾性部材３Ｂの復元力により、接触用圧子２Ｂは少なくとも一部が筒状部材１Ｂの端面１ａから突き出した状態になる。

筋活動や疲労により皮膚９が硬くなると、（Ｃ）に示す状態から（Ｂ）に示す状態に近づいてゆき、復元力による弾性部材３Ｂの変形（撓み）の程度も変化する。よって、被験者が運動することにより皮膚９の硬さが（Ｃ）に示す状態から（Ｂ）に示す状態に変化する際の、弾性部材３Ｂの変形（撓み）に応じた歪みを、歪みセンサ４Ｂを用いて検出することにより、被験者の筋硬度を歪みとして検出することができる。弾性部材３Ｂの変形（撓み）に応じた歪みの変化は、被験者の筋硬度に依存している。

以上、他の実施形態に係る計測器１０Ｂによると、被験者への装着性を向上させることができる。従来はばねの変位を測定していたところ、計測器１０Ｂは、弾性部材３Ｂの変形による歪みを歪みセンサ４Ｂにより感知する。これにより計測器１０Ｂは薄型化される。計測器１０Ｂが薄型化されることにより、被験者への装着性は向上し、被験者の筋硬度を運動時においても計測することが可能となる。

上記実施形態では、筋硬度計測システム３０は一実施形態に係る計測器１０Ａを備えているが、筋硬度計測システム３０は、一実施形態に係る計測器１０Ａに代えて、他の実施形態に係る計測器１０Ｂを備えることもでき、これら計測器１０Ａ，１０Ｂを混在して備えることもできる。

１（１Ａ，１Ｂ） 筒状部材
２（２Ａ，２Ｂ） 接触用圧子
３（３Ａ，３Ｂ） 弾性部材
４（４Ａ，４Ｂ） センサ（圧力センサ、歪みセンサ）
５ 保持部材
６ センサ圧子
７ 底蓋
９（９ａ，９ｂ） 皮膚
１０（１０Ａ，１０Ｂ） 計測器
１０ａ～１０ｈ 複数の計測器
２０ ケース
２１ 演算部
２２ 切替器
２３ 通信部
２４ 表示部
３０ 筋硬度計測システム
９０ 筋硬度計
９１ 押付部
９３ ガイド
９４ 指針
９９ 身体表面

Claims (10)

1. 端面が開口した筒状部材と、
   計測対象物に接触させるための接触用圧子と、
   一端に前記接触用圧子が接続される弾性部材と、
   前記弾性部材の変形量に基づいて、前記計測対象物から前記接触用圧子にかかる力を感知するセンサと、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記接触用圧子の少なくとも一部を前記筒状部材の前記端面から突出する傾向に弾性的に付勢し、
   前記筒状部材は、少なくとも一方の端面が開口し、
   前記弾性部材は、一端に前記接触用圧子が接続されて前記筒状部材の空洞内に配置され、圧縮された状態において自立し、
   前記センサは、前記筒状部材の前記空洞内において前記弾性部材の他端側に配置され、前記弾性部材の変形による圧力を感知する圧力センサである、計測器。
2. 前記弾性部材は円錐ばねである、請求項１に記載の計測器。
3. 前記圧力センサと前記弾性部材の他端との間に、
   一端に前記弾性部材が接続される保持部材と、
   前記保持部材の他端側に配置され、前記弾性部材の変形による圧力を前記圧力センサに伝達するセンサ圧子と、
   をさらに備える、請求項１または２に記載の計測器。
4. 端面が開口した筒状部材と、
   計測対象物に接触させるための接触用圧子と、
   一端に前記接触用圧子が接続される弾性部材と、
   前記弾性部材の変形量に基づいて、前記計測対象物から前記接触用圧子にかかる力を感知するセンサと、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記接触用圧子の少なくとも一部を前記筒状部材の前記端面から突出する傾向に弾性的に付勢し、
   前記弾性部材は、前記筒状部材の内側に延伸しており、一端は前記筒状部材に接続され、他端は前記接触用圧子に接続され、
   前記センサは、前記弾性部材に配置され、前記弾性部材の変形による歪みを感知する歪みセンサである、計測器。
5. 前記弾性部材は板ばねである、請求項４に記載の計測器。
6. 前記筒状部材は、幅が１０ｍｍ～４０ｍｍであり、高さが５ｍｍ～１５ｍｍである、請求項１から５のいずれかに記載の計測器。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の計測器と、
   前記計測器から入力される信号に基づいて、前記計測器が装着される位置に対応する筋硬度に対応する数値を算出する演算部と、
   を備える、筋硬度計測システム。
8. 複数の前記計測器を備え、
   前記演算部は、前記複数の計測器から入力される信号に基づいて、前記計測器が装着されるそれぞれの位置に対応する筋硬度に対応する数値を算出する、請求項７に記載の筋硬度計測システム。
9. 筋硬度の計測結果を表示する表示部をさらに備える、請求項７または８に記載の筋硬度計測システム。
10. 請求項１から６のいずれかに記載の計測器を被験者に装着するステップと、
    前記計測器から入力される信号に基づいて、前記計測器が装着される位置に対応する筋硬度に対応する数値を算出するステップと、
    を含む、筋硬度計測方法。

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