JP7477000B1

JP7477000B1 - 筋活動解析装置、筋活動解析方法及び筋活動解析プログラム

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Publication number: JP7477000B1
Application number: JP2023026769A
Authority: JP
Inventors: 昌萬金; 雅文古川
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2023-02-22
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2024-05-01
Anticipated expiration: 2043-02-22

Abstract

【課題】解析対象者に対して筋活動の変化に応じた適切なアドバイスをすること。【解決手段】筋活動解析装置１は、解析対象者２００の皮膚の表面に取り付けられた電極１００からの電気信号より解析対象者２００の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出部１０と、筋電位検出部１０により検出された筋電位に基づいて、第１の時間における複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、第１の時間よりも長い第２の時間における筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する演算部２０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、筋活動解析装置、筋活動解析方法及び筋活動解析プログラムに関する。

従来、運動時の筋肉活動の特徴を見つけるために、筋電図の測定データに基づいて、非負値行列因子分解（ＮＭＦ）を行うことにより、筋肉の活動量を筋肉のパターン（筋シナジー）とその活動量（アクティベーション）に分解する手法が提案されている。そして、筋肉のパターンとその活動量とを用いて、リハビリテーション動作の上達度を計算する手法も提案されている。

例えば、特許文献１は、怪我又は病気によりリハビリが必要となった患者が、リハビリにおいて課せられた振る舞い又はタスクをどの程度できるようになったのか（熟練度）を客観的に判断するために用いられる特徴量を、筋シナジーによって求める訓練装置を開示している。特許文献１の訓練装置は、筋シナジー行列Ｗにおける単位縦ベクトルＷ（１），Ｗ（２），・・・，Ｗ（ｎ）が、互いにばらつかないほど熟練度が高いとの結果が得られていることに着目して、単位縦ベクトルＷ（１），Ｗ（２），・・・，Ｗ（ｎ）がばらつかずに、まとまっていることを表す特徴量を計算している。

特許第６０１１８０７号公報

しかしながら、特許文献１においては、熟練度を求めることはできるものの、筋活動の変化を把握することができないため、筋活動の変化に応じた適切なアドバイスをすることができないという課題を有する。

本発明の目的は、算出した基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量に基づいて、解析対象者の筋活動の変化を把握することができるため、解析対象者に対して筋活動の変化に応じた適切なアドバイスをすることができる筋活動解析装置、筋活動解析方法及び筋活動解析プログラムを提供することである。

本発明に係る筋活動解析装置は、解析対象者の皮膚の表面に取り付けられた電極からの電気信号より前記解析対象者の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出部と、前記筋電位検出部により検出された前記筋電位に基づいて、第１の時間における前記複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、前記第１の時間よりも長い第２の時間における前記筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する演算部と、を有し、
演算部は、少なくとも前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数、または内積のうちのいずれかにより前記特徴量を算出する。

本発明に係る筋活動解析方法は、筋活動解析装置における筋活動解析方法であって、解析対象者の皮膚の表面に取り付けられた電極からの電気信号より前記解析対象者の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出ステップと、前記筋電位検出ステップにより検出された前記筋電位に基づいて、第１の時間における前記複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、前記第１の時間よりも長い第２の時間における前記筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとの特徴量を少なくとも前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数、または内積のうちのいずれかにより算出する演算ステップと、を有する。

本発明に係る筋活動解析プログラムは、コンピュータに、解析対象者の皮膚の表面に取り付けられた電極からの電気信号より前記解析対象者の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出ステップと、前記筋電位検出ステップにより検出された前記筋電位に基づいて、第１の時間における前記複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、前記第１の時間よりも長い第２の時間における前記筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとの特徴量を少なくとも前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数、または内積のうちのいずれかにより算出する演算ステップと、を実行させる。

本発明によれば、算出した基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量に基づいて、解析対象者の筋活動の変化を把握することができるため、解析対象者に対して筋活動の変化に応じた適切なアドバイスをすることができる。

本発明の実施形態に係る筋活動解析装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析処理のフロー図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置に接続される電極を解析対象者に貼り付けた状態の模式図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置によって解析される解析対象者の動作を示す模式図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた基準筋シナジーの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた瞬間筋シナジーの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた図６と異なる時間における瞬間筋シナジーの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出した結果の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた基準筋シナジーの他の例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた瞬間筋シナジーの他の例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた図１０と異なる時間における瞬間筋シナジーの他の例を示す図である。本発明の実施形態に係る筋活動解析装置により求めた基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出した結果の他の例を示す図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態に係る筋活動解析装置、筋活動解析方法及び筋活動解析プログラムにつき、詳細に説明する。

＜筋活動解析装置の構成＞
本発明の実施形態に係る筋活動解析装置１の構成につき、図１を参照しながら、以下に詳細に説明する。

筋活動解析装置１は、筋電位検出部１０と、演算部２０と、記憶部３０と、タイマー４０と、出力部５０と、を有しており、後述の筋活動解析処理を実行する。

筋電位検出部１０は、解析対象者の複数種類の筋肉の表面に取り付けられた電極１００（図１において図示を省略）より電気信号が入力され、入力された電気信号より複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する。筋電位検出部１０は、筋電位の検出結果に応じた電気信号を演算部２０に出力する。

演算部２０は、シナジー計算部２１と、特徴量計算部２２と、を備えている。シナジー計算部２１及び特徴量計算部２２は、演算部２０が備える図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算処理装置が図示しないメモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して処理を実行する際の機能ブロックとして示している。

シナジー計算部２１は、タイマー４０の動作を制御して、筋電位検出部１０より入力された電気信号の示す筋電位の検出結果を取得して、取得した筋電位の検出結果を記憶部３０に記憶させる。シナジー計算部２１は、記憶部３０に記憶させた筋電位の検出結果に基づいて、瞬間筋シナジーを算出すると共に基準筋シナジーを算出する。シナジー計算部２１は、算出した基準筋シナジー及び瞬間筋シナジーを記憶部３０に記憶させる。シナジー計算部２１は、基準筋シナジー及び瞬間筋シナジーの算出処理を終了した際に、特徴量計算部２２に対して算出処理を終了したことを通知する。

ここで、瞬間筋シナジーは、筋シナジーのうち、第１の時間における複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示している。また、基準筋シナジーは、第２の時間における複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示している。筋活動は、複数種類の筋肉の各筋肉の寄与度と言い換えることができる。

また、第１の時間は、第２の時間よりも短い時間であり、一連の動作における所定の動作が少なくとも１回以上含まれる時間以上の時間であると共に、任意に定めることができる。所定の動作が複数種類ある場合は、複数種類の所定の動作をそれぞれ１回以上含めてもよい。また、第１の時間の計測開始時点は、解析対象者の運動開始時に合わせなくてもよい。第２の時間は、第１の時間よりも長い時間であると共に長いほど好ましく、任意に定めることができ、例えば、解析対象者の一連の動作の開始から終了までの時間とすることができる。また、第２の時間には、第１の時間が含まれていることが望ましいが、含まれていなくてもよい。更に、第２の時間は、一連の動作が所定の停止時間を挟んで複数回繰り返される場合に、複数回分の一連の動作に要する合計時間であってもよい。

また、一連の動作とは、例えば自転車走行等を行う際の動作である。また、所定の動作とは、一連の動作において繰り返される動作であり、例えば自転車走行する際において「ペダルを踏みこむ動作」又は「ペダルを引き上げる動作」である。

特徴量計算部２２は、シナジー計算部２１より基準筋シナジー及び瞬間筋シナジーの算出処理を終了した通知を受けた際に、記憶部３０に記憶されている基準筋シナジー及び瞬間筋シナジーの算出結果に基づいて、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する。特徴量計算部２２は、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数又はスカラー内積によって、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する。特徴量計算部２２は、算出した特徴量または記憶部３０に記憶させた特徴量に応じた電気信号を所定のタイミングで出力部５０に出力する。

記憶部３０は、筋電位検出部１０より入力される電気信号の示す筋電位と、シナジー計算部２１が算出した基準筋シナジー及び瞬間筋シナジーの算出結果と、特徴量計算部２２が算出した特徴量と、を記憶する。

タイマー４０は、シナジー計算部２１の制御により、第２の時間に第１の時間が含まれる場合にはシナジー計算部２１における基準筋シナジーの算出の開始時よりカウントを開始し、第２の時間に第１の時間が含まれない場合にはシナジー計算部２１における基準筋シナジーの算出開始時及び瞬間筋シナジーの算出開始時よりカウントを開始する。タイマー４０は、カウント開始時から所定時間が経過するまでカウントを行う。

出力部５０は、特徴量計算部２２より入力される電気信号が示す基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を図示しない外部の表示装置に表示させるための表示データを生成して、生成した表示データを含む送信信号を外部の表示装置に無線通信又は有線通信によって送信する。

＜筋活動解析処理＞
本発明の実施形態に係る筋活動解析装置１が実行する筋活動解析処理につき、図２及び図３を参照しながら、以下に詳細に説明する。

図２に示す筋活動解析処理は、筋活動解析装置１と、図３に示すように解析対象者２００の複数の筋肉の表面に貼り付けられて取り付けられた複数の電極１００と、が電気的に接続されると共に、筋活動解析装置１の図示しない主電源がオンされた後に、解析対象者２００が一連の動作を開始することにより開始される。

まず、筋電位検出部１０が、電極１００より取得した電気信号より、複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出処理を実行する（Ｓ１）。具体的には、筋電位検出部１０は、複数種類の筋肉１，２，・・・，ｍのｍ個のチャネルの筋電位信号Ｅ（Ｅ＝Ｅ_１，Ｅ_２，・・・，Ｅ_ｍ）を所定時間毎に測定してｎ個のデータを取得し、ｎ個の成分を有する縦行列Ｅ（ｍ×ｎ）を取得する。ここで、複数種類の筋肉としては、例えばヒラメ筋、腓腹筋、前脛骨筋、半腱様筋、大腿二頭筋、外側広筋、大腿直筋、内側広筋及び大殿筋である。この場合には、ｍ＝９である。また、筋電位検出部１０は、例えば５００Ｈｚサンプリングで１０秒間データを取得した場合に、ｎ＝５００＊１０＝５０００個のデータを取得する。

次に、演算部２０のシナジー計算部２１が、筋電位検出部１０より入力された電気信号に基づいて、タイマー４０を用いながら瞬間筋シナジーと基準筋シナジーとを算出するシナジー計算処理を実行する（Ｓ２）。具体的には、シナジー計算部２１は、縦行列Ｅ（ｍ×ｎ）を非負値行列因子分解（ＮＭＦ）を用いてＷ（ｍ×ｓ）とＨ（ｓ×ｎ）とに分解する。ここで、Ｗは、筋シナジーであり、Ｈは、筋シナジーの活動量であり、ｓは、分解されるシナジー数である。

分解されるシナジー数ｓは、上記の所定の動作の種類の数であり、例えば、自転車走行する際の一連の動作において、「ペダルを踏みこむ動作」と「ペダルを引き上げる」動作とに分解した場合には「２」となる。

分解されるシナジー数ｓは、ＮＭＦを適宜用いて適切に定めることができる。ここで、ＥとＷＨとの類似度Ｒは、例えば以下の（１）式を用いて決定することができる。類似度Ｒは、例えば０．８以上になるように選択されることが望ましい。一般的に分解されるシナジー数ｓを大きくすれば、類似度Ｒも大きくなるが、分解されるシナジー数ｓが大きすぎると、計算負荷の上昇と過適応が生じ、適切な解析が出来なくなる。

また、シナジー計算部２１は、縦行列Ｅ（ｍ×ｎ）を分解して得られた筋シナジーＷを用いて、瞬間筋シナジーと基準筋シナジーとを算出する。

次に、演算部２０の特徴量計算部２２は、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する特徴量計算処理を実行する（Ｓ３）。具体的には、特徴量計算部２２は、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量ＦＶ^（ｓ） _{ｍｅｔｈｏｄ}を（２）式より算出する。

また、基準筋シナジーＷ_ｂは（３）式で表され、瞬間筋シナジーＷ_ｔは（４）式で表される。

特徴量計算部２２は、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとのユークリッド距離により特徴量を算出する場合に、（２）式に基づいて（５）式によって特徴量ＦＶ^（ｓ） _１を算出する。

また、特徴量計算部２２は、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの相関係数により特徴量を算出する場合に、（２）式に基づいて（６）式によって特徴量ＦＶ^（ｓ） _２を算出する。

更に、特徴量計算部２２は、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの内積により特徴量を算出する場合に、（２）式に基づいて（７）式によって特徴量ＦＶ^（ｓ） _３を算出する。

次に、出力部５０は、算出された特徴量を外部の表示装置に表示させるための表示データを生成すると共に、生成した表示データを含む送信信号を外部の表示装置に送信する出力処理を実行する（Ｓ４）。そしてその後に、筋活動解析装置１は、筋活動解析処理を終了する。

上記の筋活動解析処理において算出された特徴量が「１」に近いほど（類似指数が高いほど）運動能力が高く所定の動作に対する筋力があることを示しており、算出された特徴量が「０」に近いほど（類似指数が低いほど）運動能力が低く所定の動作に対する筋力が不足していることを示している。

また、特徴量計算部２２は、解析対象者２００の一連の動作が終了した後に特徴量を算出することが好ましい。なお、特徴量計算部２２は、解析対象者２００の一連の動作中において、所定時間が経過する毎に基準筋シナジーと瞬間筋シナジーを算出して、算出した基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出するようにしてもよい。

続いて、本発明の実施形態に係る筋活動解析装置１が実行する筋活動解析処理の具体例につき、図４から図１２を参照しながら、以下に詳細に説明する。

図５から図８は、解析対象者２００Ａが室内エアロバイクを１０分間漕いだ後に５分間休憩するサイクルを１セットとして４セット実施した場合の例を示しており、図９から図１２は、解析対象者２００Ａと異なる解析対象者２００Ｂが室内エアロバイクを１０分間漕いだ後に５分間休憩するサイクルを１セットとして４セット実施した場合の例を示している。また、図５から図１２は、第２の時間に第１の時間が含まれていると共に、４０分間に検出された筋電位より基準筋シナジーを算出した場合を示している。

解析対象者２００Ａ及び解析対象者Ｂがエアロバイクを漕ぐ際には、エアロバイクを漕ぐ一連の動作を、図４に示すように、解析対象者２００Ａ及び解析対象者Ｂが右足及び左足の何れか一方でペダルを踏みこむ動作（Ｓ１１）と同じ足でペダルを引き上げる動作（Ｓ１２）とに分解する。そして、ステップＳ１１のペダルを踏みこむ動作の筋シナジーＷをシナジー１とし、ステップＳ１２のペダルを引き上げる動作の筋シナジーＷをシナジー２とする。この際の分解されるシナジー数は「２」になる（ｓ＝２）。

図５において、図５（ａ）は、解析対象者２００Ａのシナジー１における基準筋シナジーであり、図５（ｂ）は、解析対象者２００Ａのシナジー２における基準筋シナジーである。

図６において、図６（ａ）は、解析対象者２００Ａのシナジー１の瞬間筋シナジーであり、図６（ｂ）は、解析対象者２００Ａのシナジー２の瞬間筋シナジーである。

図７において、図７（ａ）は、解析対象者２００Ａのシナジー１の図６（ａ）とは異なる時間における瞬間筋シナジーであり、図７（ｂ）は、解析対象者２００Ａのシナジー２の図６（ｂ）とは異なる時間における瞬間筋シナジーである。

図８において、図８（ａ）は、解析対象者２００Ａのシナジー１における特徴量（類似指数）の変化を示しており、図８（ｂ）は、解析対象者２００Ａのシナジー２における特徴量（類似指数）の変化を示している。

図９において、図９（ａ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー１における基準筋シナジーであり、図９（ｂ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー２における基準筋シナジーである。

図１０において、図１０（ａ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー１の瞬間筋シナジーであり、図１０（ｂ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー２の瞬間筋シナジーである。

図１１において、図１１（ａ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー１の図１０（ａ）とは異なる時間における瞬間筋シナジーであり、図１１（ｂ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー２の図１０（ｂ）とは異なる時間における瞬間筋シナジーである。

図１２において、図１２（ａ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー１における特徴量（類似指数）の変化を示しており、図１２（ｂ）は、解析対象者２００Ｂのシナジー２における特徴量（類似指数）の変化を示している。

図５から図７及び図９から図１１の縦軸の寄与度は、ヒラメ筋、腓腹筋、前脛骨筋、大腿二頭筋、半腱様筋、外側広筋、大腿直筋、内側広筋及び大殿筋が協働して活動する際の筋活動を示す。

ここで、基準筋シナジーは、解析対象者２００Ａ及び解析対象者２００Ｂの運動期間中に最も発現されるものであり、単純なリハビリ動作と異なって各運動において個人毎に異なっていることが多い。また、基準筋シナジーは、第２の時間としての例えば４０分間に検出されて取得された複数種類の筋肉の筋電位より求められる。

この際に、第２の時間は長いほど好ましい。第２の時間を長くすることにより、基準筋シナジーを求める際に本来の基本動作の筋シナジーから離れた筋シナジーを得る可能性を低くすることができ、特徴量を精度良く求めることができる。また、第２の時間は、例えば解析対象者２００が室内エアロバイクを１０分間漕いだ後に５分間休憩するサイクルを１セットとして４セット実施した場合に、各サイクルの合計時間にすることもできる。

また、解析対象者２００Ａ及び解析対象者２００Ｂのヒラメ筋、腓腹筋、前脛骨筋、大腿二頭筋、半腱様筋、外側広筋、大腿直筋、内側広筋及び大殿筋の各々を覆っている皮膚の表面の各々に電極１００を貼り付けると共に、各電極１００と筋活動解析装置１の筋電位検出部１０とを接続する。

上記の状態において解析対象者２００Ａが室内エアロバイクを１０分間漕いだ後に５分間休憩するサイクルを１セットとして４セット実施した場合には、シナジー１において、シナジー計算部２１によって求められる基準筋シナジーは図５（ａ）のようになり、第１の時間としての時間Ｔ１（例えば１０秒）の瞬間筋シナジーは図６（ａ）のようになり、第１の時間としての時間Ｔ２（例えば１０秒）の瞬間筋シナジーは図７（ａ）のようになった。また、シナジー２において、基準筋シナジーは図５（ｂ）のようになり、時間Ｔ１の瞬間筋シナジーは図６（ｂ）のようになり、時間Ｔ２の瞬間筋シナジーは図７（ｂ）のようになった。

そして、特徴量計算部２２は、シナジー１における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を図８（ａ）に示すように時系列で求めると共に、シナジー２における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を図８（ｂ）に示すように時系列で求める。この結果、シナジー１の時間Ｔ１における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図８（ａ）に示すように約０．９９７となり、シナジー２の時間Ｔ１における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図８（ｂ）に示すように約０．９９４となった。また、シナジー１の時間Ｔ２における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図８（ａ）に示すように約０．９９２となり、シナジー２の時間Ｔ２における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図８（ｂ）に示すように約０．９８９となった。

図８より、解析対象者Ａの瞬間筋シナジーにおけるシナジー１及びシナジー２に関連する筋肉は、特徴量が「１」に近い状態を維持できていることが分かる。

次に、解析対象者２００Ｂが室内エアロバイクを１０分間漕いだ後に５分間休憩するサイクルを１セットとして４セット実施した場合には、シナジー１において、シナジー計算部２１によって求められる基準筋シナジーは図９（ａ）のようになり、時間Ｔ３（例えば１０秒）の瞬間筋シナジーは図１０（ａ）のようになり、時間Ｔ４（例えば１０秒）の瞬間筋シナジーは図１１（ａ）のようになった。また、シナジー２において、基準筋シナジーは図９（ｂ）のようになり、時間Ｔ３の瞬間筋シナジーは図１０（ｂ）のようになり、時間Ｔ４の瞬間筋シナジーは図１１（ｂ）のようになった。

そして、特徴量計算部２２は、シナジー１における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を図１２（ａ）に示すように時系列で求めると共に、シナジー２における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を図１２（ｂ）に示すように時系列で求める。この結果、シナジー１の時間Ｔ３における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図１２（ａ）に示すように約０．９９２となり、シナジー２の時間Ｔ３における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図１２（ｂ）に示すように約０．９９６となった。また、シナジー１の時間Ｔ４における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図１２（ａ）に示すように約０．９３０となり、シナジー２の時間Ｔ４における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、図１２（ｂ）に示すように約０．９１２となった。

図１２より、解析対象者Ｂの瞬間筋シナジーにおけるシナジー１及びシナジー２に関連する筋肉は、最初の方は特徴量が「１」に近い状態を維持できているが、後半には維持できなくなっていることが分かる。また、解析対象者Ｂの瞬間筋シナジーにおけるシナジー２に関連する筋肉は、前半からばらついており、筋力が不足していることが伺える。

出力部５０は、図８又は図１２に示す時系列で求めた基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を表示させるための表示用データを含む送信信号を生成して送信する。これにより、時系列で表示される基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を見ることにより、解析対象者２００の筋力の変化の傾向を把握することができる。

上記の筋活動解析処理において、運動期間中の所定のタイミングにおいてのみ瞬間筋シナジーの取得を開始して、取得した瞬間筋シナジーと基準筋シナジーとの特徴量を算出してもよいし、運動期間中の全期間において取得した筋シナジーのうちの一部の瞬間筋シナジーと基準筋シナジーとの特徴量を算出してもよい。上記の瞬間筋シナジーの取得を開始する所定のタイミングは、例えば運動開始時点、運動終了直前、運動開始時点と運動終了時点との中間時点、又は所定時間毎（例えば１分毎）である。また、上記の瞬間筋シナジーの取得を開始するタイミングは、解析対象者２００が任意に指定することができる。

また、瞬間筋シナジーを取得する期間（例えば１０秒間）の終了後にただちに次の瞬間筋シナジーを取得してもよいし、瞬間筋シナジーの取得期間が終了する前に次の瞬間筋シナジーを取得してもよいし、瞬間筋シナジーの取得期間終了時から所定時間経過後に次の瞬間筋シナジーの取得を開始してもよい。

瞬間筋シナジーの取得回数を増やすことにより、運動期間中の特徴量の推移をより細かく取得することができるので、運動期間中の解析対象者２００の筋活動の変化をより細かく把握することができる。

このように、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、ヒラメ筋、腓腹筋、前脛骨筋、大腿二頭筋、半腱様筋、外側広筋、大腿直筋、内側広筋及び大殿筋の同じ筋肉同士の演算によって求められる。

本方法を用いることで、解析対象者２００自身の固有の筋シナジーから、運動に対する状況および運動内容の提案を行うことが可能である。

＜解析結果に基づく評価・フィードバック＞
上記の筋活動解析処理によって求められた基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量は、解析対象者２００の運動における筋力が不足している筋肉又は筋肉群を把握するために用いられると共に、上達のためにトレーニングが必要な筋肉の把握等の解析対象者２００に対する運動内容のアドバイスを行うために用いられる。例えば、解析対象者２００に対して、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量がより「１」に近づくようにアドバイスする。

特徴量が「１」に近いほど、当該運動に対する筋力があり（運動能力が高い）、特徴量が「０」に近いほど、当該運動に対する筋力がない（筋力不足、運動能力が低い）と評価することができる。

解析対象者２００Ａの図８に示す特徴量と解析対象者２００Ｂの図１２に示す特徴量とを比べた場合に、解析対象者２００Ｂは、全体的に特徴量が「１」に近く、当該運動に対する筋力がより高い（運動能力がある）と評価することができる。運動に対する評価は、解析対象者同士の比較ではなくてもよい。例えば、特徴量にある基準を設け（例えば「０．８」。）、特徴量がこの基準を超えている時間が全体の運動時間の一定の割合を超える場合、運動に対する筋力がある（運動能力がある）と評価してもよい。また、特徴量に重みづけをして（例えば特徴量が「０．９」を超える場合は１．５倍、「０．８」を超える場合は１．２倍のように）、重みづけした特徴量を用いて当該運動に対する筋力（運動能力）の評価を行ってもよい。上記は一例として挙げたが、この方法でなくともよい。

また、時間が経つとともに特徴量が変化する（瞬間シナジーが基準筋シナジーからずれて行く等）現象をとらえることで、ユーザーに適切なアドバイスが可能となる。

例えば、自転車走行の場合において、シナジー１の特徴量が時間の経過と共にシナジー２の特徴量よりも早く「１」から離れていく場合には、ペダルを踏みこむ動作に用いる筋肉が、ペダルを引き上げる動作の筋肉よりも早く筋疲労を起こしていると評価することができる。

基準筋シナジーと瞬間筋シナジーの比較から、トレーニングが必要な筋肉または筋肉群を特定することができる。例えば「〇〇さんは『〇〇筋』のトレーニングが必要です」のように、具体的な筋肉の名前を挙げることができる。また、各筋肉を鍛えるために必要な運動内容のアドバイスを記憶部３０に保存しておき、解析対象者２００の当該運動のためにトレーニングが必要な筋肉と、その筋肉を鍛えるために必要な運動内容のアドバイスも合わせて行うことができる。各筋肉を鍛えるために必要な運動内容のアドバイスは、記憶部３０に保存せず、装置外部にあるものを用いてもよい。

本実施形態の筋活動解析装置１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行することにより上記の筋活動解析処理を行なってもよい。または、本実施形態の筋活動解析装置１の機能を実現するためのプログラムをサーバからネットワーク経由でコンピュータシステムに読み込ませて実行することにより上記の筋活動解析処理を行なってもよい。

このように、本実施形態によれば、解析対象者２００の皮膚の表面に取り付けられた電極１００からの電気信号より解析対象者２００の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出部１０と、筋電位検出部１０により検出された筋電位に基づいて、第１の時間における複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、第１の時間よりも長い第２の時間における筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する演算部２０と、を有することにより、算出した基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量に基づいて、解析対象者２００の筋活動の変化を把握することができるため、解析対象者２００に対して筋力の変化に応じた適切なアドバイスをすることができる。

本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

具体的には、上記の実施形態において、解析対象者２００が自転車走行する際の基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出したが、これに限らず、自転車走行以外のランニング等の一連の動作における基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を算出してもよい。

また、上記の実施形態において、分解されるシナジー数ｓを２にしたが、これに限らず、分解されるシナジー数ｓを２以外の数にすることができる。

また、上記の実施形態において、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を外部の表示装置に表示させたが、これに限らず、基準筋シナジーと瞬間筋シナジーとの特徴量を表示する表示部を筋活動解析装置に設けてもよい。

また、上記の実施形態において、瞬間筋シナジーと基準筋シナジーとの特徴量を時系列で表示したが、これに限らず、瞬間筋シナジーと基準筋シナジーとの特徴量を数値で表示してもよい。

本発明は、筋活動解析装置、筋活動解析方法及び筋活動解析プログラムに好適である。

１筋活動解析装置
１０筋電位検出部
２０演算部
２１シナジー計算部
２２特徴量計算部
３０記憶部
４０タイマー
５０出力部
１００電極
２００解析対象者

Claims

解析対象者の皮膚の表面に取り付けられた電極からの電気信号より前記解析対象者の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出部と、
前記筋電位検出部により検出された前記筋電位に基づいて、第１の時間における前記複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、前記第１の時間よりも長い第２の時間における前記筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとの特徴量を算出する演算部と、
を有し、
演算部は、少なくとも前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数、または内積のうちのいずれかにより前記特徴量を算出する、
ことを特徴とする筋活動解析装置。
前記演算部は、
前記解析対象者の一連の動作のうちの所定の動作における前記特徴量を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の筋活動解析装置。
前記第２の時間は、
前記解析対象者の一連の動作の開始から終了までの時間である、
ことを特徴とする請求項１記載の筋活動解析装置。
前記第２の時間は、
前記解析対象者の一連の動作における所定の動作が少なくとも１回以上含まれる時間以上の時間である、
ことを特徴とする請求項１記載の筋活動解析装置。
前記演算部は、
前記特徴量を時系列で算出する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の筋活動解析装置。
前記演算部により算出された前記特徴量を表示装置に表示させるための表示データを出力する出力部を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の筋活動解析装置。
筋活動解析装置における筋活動解析方法であって、
解析対象者の皮膚の表面に取り付けられた電極からの電気信号より前記解析対象者の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出ステップと、
前記筋電位検出ステップにより検出された前記筋電位に基づいて、第１の時間における前記複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、前記第１の時間よりも長い第２の時間における前記筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとの特徴量を少なくとも前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数、または内積のうちのいずれかにより算出する演算ステップと、
を有することを特徴とする筋活動解析方法。
コンピュータに、
解析対象者の皮膚の表面に取り付けられた電極からの電気信号より前記解析対象者の複数種類の筋肉毎の筋電位を検出する筋電位検出ステップと、
前記筋電位検出ステップにより検出された前記筋電位に基づいて、第１の時間における前記複数種類の筋肉が協働して活動する際の筋活動を示す瞬間筋シナジーを算出すると共に、前記第１の時間よりも長い第２の時間における前記筋活動を示す基準筋シナジーを算出し、前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとの特徴量を少なくとも前記基準筋シナジーと前記瞬間筋シナジーとのユークリッド距離、相関係数、または内積のうちのいずれかにより算出する演算ステップと、
を実行させる筋活動解析プログラム。