JPH11113866A

JPH11113866A - 筋電センサ

Info

Publication number: JPH11113866A
Application number: JP9296293A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Akazawa; 堅造赤澤; Masaki Yoshida; 正樹吉田; Ryuhei Okuno; 竜平奥野
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】腕や足の断端部から筋電位信号を常に安定し
て導出することができる筋電センサを提供する。【解決手段】柔軟性を有する基板の表面に金箔の電極
を設け、他の表面側にはスポンジのごとき弾性変形可能
な支持部材を設けた多層構成の筋電センサとし、筋電義
肢のソケットの内面に支持部材を貼り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筋電義肢（義手又
は義足）の制御信号である筋電位信号を導出するための
筋電センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来より多用されているＯｔｔ
ｏＢｏｃｋ社の筋電センサを示す図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は側面図である。図において、筋電セン
サ１００のケース１０１は、硬質のプラスチックからな
り、このケース１０１の一面側には筋電位信号導出用の
一対の電極１０２が設けられている。義肢ソケット（図
示せず）には筋電センサの取付孔が設けられており、こ
の取付孔に筋電センサ１００が嵌め込まれる。なお、筋
電センサ１００は電極１０２を内方に向けて、かつ、電
極１０２が筋繊維と直交するように嵌め込まれる。義肢
ソケットに人体の手又は足の断端部が挿入されると、皮
膚表面と電極１０２とが密着して、筋電位信号の導出が
可能となる。導出された筋電位信号はリード線１０３を
介して、後段の処理回路（図示せず）に送られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の筋
電センサは、義肢ソケットに固定された一定形状の物体
であるため、筋肉の弛緩・収縮に伴って筋肉の輪郭に形
状変化が生じると、電極１０２と皮膚表面との密着性が
悪くなる。従って、このような場合には筋電位信号が導
出できないことがあった。

【０００４】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、筋電位信号を常に安定して導出することができる筋
電センサを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の筋電センサは、
筋電義肢を装着するためのソケットに取り付けられ、使
用者の皮膚表面と密着して前記筋電義肢を制御するため
の筋電位信号を導出するものであって、柔軟性を有する
絶縁材からなる基板と、前記基板の一方の面に設けられ
た導出用電極と、前記基板の他方の面側に設けられた弾
性変形可能な支持部材とを備え、前記導出用電極を皮膚
側に、前記支持部材をソケットの内面側にして前記ソケ
ットの内部に配置されることを特徴とするものである
（請求項１）。上記のように構成された筋電センサにお
いては、柔軟であることにより皮膚表面に沿って自在に
変形し得る基板が、皮膚表面に対して、弾性変形可能な
支持部材を介して相対的に押しつけられる。従って、基
板及びその基板上に設けられた導出用電極は皮膚表面に
密着する。また、筋肉の弛緩・収縮に伴って導出部位に
形状変化が生じた場合、この形状変化に応じて基板が変
形し、かつ、支持部材が自在に弾性変形を生じる。従っ
て、支持部材の弾性によって基板及び導出用電極は皮膚
表面に密着する。

【０００６】また、上記筋電センサ（請求項１）におい
て、導出用電極は、基板と略同等の柔軟性を有する材料
で形成されていることが好ましい（請求項２）。この場
合、導出用電極は基板に追従して同様の形状変化を生じ
る。

【０００７】また、上記筋電センサ（請求項２）におい
て、導出用電極は金箔で形成されていることが好ましい
（請求項３）。この場合、金箔は皮膚との優れた親和性
を呈するとともに、耐食性にも優れている。

【０００８】また、上記筋電センサ（請求項２）におい
て、導出用電極は導出部位の屈筋群又は伸筋群を包囲す
る長さを有しているものであってもよい（請求項４）。
この場合、筋電位信号を発生しない筋肉があっても、他
の筋肉から筋電位信号を導出することが可能である。

【０００９】また、上記筋電センサ（請求項１）におい
て、支持部材はスポンジで形成されていてもよい（請求
項５）。この場合、スポンジで形成された支持部材は基
板に適度な弾力を付与し、基板及び導出用電極の皮膚表
面への密着性及び追従性を高める。また、通気性も確保
される。

【００１０】また、上記筋電センサ（請求項１）におい
て、基板にはインピーダンス変換器を設けてもよい（請
求項６）。この場合、インピーダンス変換器により、電
気ノイズの影響が低減される。

【００１１】また、上記筋電センサ（請求項１）におい
て、基板はフィルム状であってもよい（請求項７）。こ
の場合、フィルム状の基板により、導出部位の形状変化
に対する追従性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１の（ａ）は、本発明の一実施
形態による筋電センサの構成を、一部分離状態で示す斜
視図である。図において、基板２は柔軟性を有するフィ
ルム状の絶縁材であり、例えば厚さ５０μｍのポリイミ
ドからなる。基板２の寸法は、例えば、長辺が７５ｍ
ｍ、短辺が５０ｍｍである。基板２の一面（上面）には
厚さ５０μｍの金箔からなる一対の導出用電極３が接着
されている。導出用電極３は上記短辺と平行な方向の全
長にわたって設けられるとともに、互いに所定距離隔て
て平行に配置されている。金箔からなる導出用電極３は
基板２と略同等の柔軟性を有する。従って、基板２及び
導出用電極３は自在に変形し得る。なお、金箔は人の皮
膚との優れた親和性を有するとともに、耐食性にも優れ
ている。基板２の他面（裏面）には、インピーダンス変
換器（オペアンプ）４が取り付けられ、上面と裏面とを
接続するスルーホール（図示せず）を介して一対の導出
用電極３と接続されている。また、インピーダンス変換
器４からリード線６が外部に導出されている。直方体形
状の支持部材５は弾性変形可能な材料、例えばスポンジ
からなり、上面の長短辺はそれぞれ基板２の長短辺と寸
法が一致している。また、支持部材５は所定の厚みを有
している。基板２と支持部材５とは互いに接着され、筋
電センサ１を構成する。

【００１３】図１の（ｂ）は、上記のように構成された
筋電センサ１が筋電義肢を装着するためのソケット７に
取り付けられた状態を、ソケット７の端部側から見た図
である。なお、ソケット７にはベルト等の補助固定具が
取り付けられるがここでは図示を省略する。人体の腕又
は足の断端部は、紙面に垂直な方向からソケット７に挿
通される。図に示すように、筋電センサ１の支持部材５
はソケット７の内面に貼り付けられ、導出用電極３がソ
ケット７の内方（すなわち人体の断端部の皮膚側）に向
けて配置される。導出用電極３は人体の筋繊維に対して
直交するように配置される。導出用電極３は基板２の短
辺と同じ長さ（５０ｍｍ）を有するため、導出部位の屈
筋群又は伸筋群を包囲するに足る長さである。これによ
り、筋電位信号を幅広い領域から導出することができる
ので、肢体の切断により筋電位信号を発生しない筋肉が
あっても、他の筋肉からの筋電位信号を導出することが
できる。

【００１４】図２は、筋電義手用のソケット７に上記の
筋電センサ１を取り付けた後、腕の断端部８を挿入した
状態を示す図である。図２及び図１において、断端部８
の挿入により断端部８の外表面により基板２及び導出用
電極３が押圧され変形するとともに、スポンジからなる
支持部材５が弾性変形する。従って、支持部材５の弾性
応力により、ソケット７内に保持された断端部８の皮膚
面と導出用電極３とが互いに押圧された状態となる。こ
れにより、導出用電極３は皮膚面に密着する。

【００１５】図３は、健常者において、手根伸筋を収縮
させたときに生じる前腕の断面の輪郭形状変化を示す図
である。実線は弛緩時の前腕断面の輪郭形状を示し、破
線は手根伸筋収縮時の前腕断面の輪郭形状を示す。すな
わち、筋肉の弛緩・収縮により前腕断面の輪郭形状が変
化する。障害者においても、このような輪郭形状の変化
を生じる。本実施形態の筋電センサ１は、このような輪
郭形状の変化に対して支持部材５が弾性変形し、また、
基板２及び導出用電極３も形状変化に追随して皮膚面に
常に沿っている。従って、筋肉が弛緩・収縮して輪郭形
状が変化しても、導出用電極３と皮膚面との密着性は損
なわれない。

【００１６】図４は、上記筋電センサ１の回路構成を示
す図である。インピーダンス変換器４は２個のオペアン
プ４ａ及び４ｂを有している。一対の導出用電極３は各
々対応するオペアンプ４ａ及び４ｂの非反転入力端子に
入力される。オペアンプ４ａ及び４ｂの反転入力端子は
それぞれの出力端子と接続されている。これによりオペ
アンプ４ａ及び４ｂは電圧フォロワを構成し、インピー
ダンス変換器として機能する。すなわち、入力側インピ
ーダンスは大きく、出力側インピーダンスが小さい。従
って、オペアンプ４ａ及び４ｂの出力側は電気ノイズの
影響を受けにくい。オペアンプ４ａ及び４ｂの入力側は
基本的には電気ノイズの影響を受け易いが、一対の導出
用電極３と対応するオペアンプ４ａ及び４ｂとの距離が
極めて短いため、結果的に電気ノイズの影響を受けるこ
とはほとんどない。なお、オペアンプ４ａ及び４ｂの各
出力信号は既知の後段の処理回路により処理され、所望
の信号が抽出される。

【００１７】上記の筋電センサ１を用いた筋電義手の操
作性に対する効果を確認するため、物体把握実験を行っ
た。実験に用いた筋電義手は、屈筋群及び伸筋群の筋電
位信号を入力信号とし、義手の指の開閉角度とその動き
の柔らかさが変化するものである。実験は所定の物体を
把握し、持ち上げ、そして放すことにより行われる。図
５は、上記実験の結果を示したグラフであり、上から順
に、屈筋群の筋電位信号、伸筋群の筋電位信号、開閉角
度を示す。開閉角度の増加に伴って屈筋群の筋電位信号
が大きくなっていることがわかる。また、実際に、被験
者は安定して物体を把握することが可能であった。この
ことにより、本実施形態の筋電センサ１の、筋電義手に
対する信号導出の確実性が確かめられた。

【００１８】なお、上記実施形態において支持部材５と
してスポンジを用いているが、スポンジは通気性を有し
ているため、筋電センサ１全体に熱がこもって例えばむ
れる等の不快感を防止する効果がある。しかしながら、
支持部材５の材料がスポンジに限定されるものではな
く、同様の弾性を有する他の材料を採用することもでき
ることはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の筋電センサによれば、柔軟で
あることにより皮膚表面に沿って自在に変形し得る基板
が、皮膚表面に対して、弾性変形可能な支持部材を介し
て相対的に押しつけられるので、基板及びその基板上に
設けられた導出用電極は皮膚表面に密着する。また、筋
肉の弛緩・収縮に伴って導出部位に形状変化が生じた場
合、この形状変化に応じて基板が変形し、かつ、支持部
材が自在に弾性変形を生じるので、支持部材の弾性によ
って基板及び導出用電極は皮膚表面に密着する。こうし
て、導出用電極が常に皮膚表面に密着するので、当該筋
電センサは安定して筋電位信号を導出することができ
る。

【００２０】請求項２の筋電センサによれば、導出用電
極は基板に追従して同様の形状変化を生じるので、皮膚
表面に対する導出用電極の密着性がさらに向上する。

【００２１】請求項３の筋電センサによれば、金箔は皮
膚との親和性が優れているので、皮膚のかぶれ等をまね
くこともなく安全である。また、金箔は耐食性に優れて
いるので錆や腐食もなく、長期の使用が可能になる。

【００２２】請求項４の筋電センサによれば、肢体切断
に伴い筋電位を発生しなくなった筋肉があっても、その
近傍の他の筋肉から筋電位を導出することができるの
で、常に確実に筋電位信号を導出することができる。

【００２３】請求項５の筋電センサによれば、スポンジ
で形成された支持部材により基板に適度な弾力が付与さ
れるので、基板及び導出用電極の皮膚表面への密着性及
び追従性がさらに向上する。また、通気性も確保される
ため、むれや不快感の低減に効果がある。

【００２４】請求項６の筋電センサによれば、インピー
ダンス変換器により電気ノイズの影響が低減されるの
で、より確実に筋電位信号を導出することができる。

【００２５】請求項７の筋電センサによれば、フィルム
状の基板により導出部位の形状変化に対する追従性が向
上するので、より確実に筋電位信号を導出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による筋電センサを示す図
であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はソケットに取り付け
た状態を示す側面図である。

【図２】上記筋電センサを筋電義手に取り付けた状態を
示す図である。

【図３】筋肉の弛緩・収縮に伴う前腕断面の輪郭形状を
示す図である。

【図４】上記筋電センサの回路構成図である。

【図５】上記筋電センサを用いた筋電義手における開閉
角度と筋電位信号とを示す波形図である。

【図６】従来の筋電センサを示す図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１筋電センサ２基板３導出用電極４インピーダンス変換器５支持部材７ソケット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筋電義肢を装着するためのソケットに取り
付けられ、使用者の皮膚表面と密着して前記筋電義肢を
制御するための筋電位信号を導出する筋電センサであっ
て、柔軟性を有する絶縁材からなる基板と、前記基板の一方の面に設けられた導出用電極と、前記基板の他方の面側に設けられた弾性変形可能な支持
部材とを備え、前記導出用電極を皮膚側に、前記支持部材をソケットの
内面側にして前記ソケットの内部に配置されることを特
徴とする筋電センサ。
【請求項２】前記導出用電極は、前記基板と略同等の柔
軟性を有する材料で形成されていることを特徴とする請
求項１記載の筋電センサ。
【請求項３】前記導出用電極は金箔で形成されているこ
とを特徴とする請求項２記載の筋電センサ。
【請求項４】前記導出用電極は導出部位の屈筋群又は伸
筋群を包囲する長さを有していることを特徴とする請求
項２記載の筋電センサ。
【請求項５】前記支持部材はスポンジで形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の筋電センサ。
【請求項６】前記基板はインピーダンス変換器が配設さ
れていることを特徴とする請求項１記載の筋電センサ。
【請求項７】前記基板はフィルム状であることを特徴と
する請求項１記載の筋電センサ。