JPS6364210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、筋電位の平均振幅値を検出する装置
に関するものである。

従来、スポーツの分析や各種運動機能回復訓練
等において、筋肉による骨格運動を、筋肉の活動
に関連した筋電位信号を用いて解析するに際し、
第１図に示すように、筋肉ａ上の皮膚面に一対の
電極ｂを貼着し、それによつて検出した筋電位信
号を増幅器で増幅して第２図イに示す筋電位信号
を求め、それを整流器で整流して同図ロに示す整
流信号とし、さらに低域通過フイルタを通して同
図ハに示す平滑低周波信号とし、あるいは上記筋
電位信号の二乗波形を平滑化した後、その平方根
を求めて筋電位の平均振幅値とし、これによつて
筋肉の活動度を推定していた。

しかしながら、上記従来の方法では、身体の動
きに伴つて電極やリード線等が動くことに起因
し、あるいは商用電源や電磁波、静電場等に起因
して、それぞれ筋電位信号に雑音が混入するのを
避けられず、而して上述の方法はこれらの雑音の
抑制・除去にあまり有効なものではなく、その対
策としては特定の周波数成分を除去するフイルタ
を通過させるといつた手段が採用されているにす
ぎない。

本発明は、上述した筋電位の平均振幅値を、筋
電位以外の雑音による影響を抑制、排除しながら
検出することのできる装置を提供しようとするも
のである。

上記目的を達成するため、本発明の筋電位検出
装置は、筋繊維に沿つて伝達する筋電位信号を所
定の遅延時間を隔てて検出する二組の電極を備
え、遅延した筋電位信号を検出する一方の電極を
乗算器に接続すると共に、他方の電極を上記遅延
時間だけ遅延させる遅延回路を介して上記乗算器
に接続し、この乗算器にその出力における低周波
信号のみを通過させて雑音信号を抑制、排除する
平滑回路を接続すると共に、この平滑回路にその
出力の平方根を求める開方回路を接続したことを
特徴とするものである。

かかる本発明の筋電位検出装置を用いれば、筋
繊維に沿つて伝わる筋電位信号を所定の遅延時間
だけ隔てて二組の電極によつて検出し、検出した
両筋電位信号を上記遅延時間だけ逆にずらすこと
により相互に同期状態として乗算すると共に、そ
れらに含まれる雑音信号同士を上記遅延時間だけ
位相をずらして乗算することとなり、そのため乗
算器からの出力信号を低域通過フイルタとしての
平滑回路で平滑化した後、開方回路においてその
平方根を求めることにより、雑音信号を抑制、排
除した筋電位信号を得ることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第３図において、１は筋肉、２は筋繊維、３は
神経、４は神経筋接合部を示している。筋電位は
神経３からの信号による筋肉の興奮が、神経筋接
合部４から筋繊維２に沿つて伝導することにより
発生するものである。そのため神経筋接合部４か
ら離れるに従つて筋電位の発生は遅延することに
なり、筋肉上の皮膚に筋繊維方向に配置した二組
の電極で筋電位を導出すると、第４図イ，ロに示
すように、一定の時間遅れτをもつたほぼ同一の
波形として観察される。

第３図において筋肉１上の皮膚面に貼着した第
１及び第２の二組の双極電極１１，１２は、上述
の時間遅れをもつた筋電位信号を検出するもの
で、それらの電極１１，１２を筋繊維２に沿つて
互いに所定距離だけ離間させている。従つて、筋
電位信号は第１の双極電極１１で検出してから遅
延時間τの後に第２の双極電極１２で検出される
ことになる。上記遅延時間τを決定する二組の双
極電極１１，１２の離間距離は、双極電極１１，
１２やそれに接続したリード線１３，１４を通じ
て筋電位信号に混入する雑音信号の周期等によつ
て決定されるものであり、従つてその距離は筋電
位信号に後述する処理を施すことにより雑音信号
を抑制、除去できる距離に設定される。

上記第１及び第２の双極電極１１，１２は、そ
れぞれ第１及び第２の増幅器に接続し、第１の増
幅器は遅延回路を介して乗算器に接続し、信号を
上記遅延時間τだけ遅延させて乗算器に加えるよ
うに構成し、また第２の増幅器の出力端子は直接
乗算器に接続し、これにより第１及び第２の双極
電極１１，１２で検出した一対の筋電位信号を乗
算器において同期状態として乗算し、後の開方
（平方根の計算）処理に対応させている。さらに、
上記乗算器には低域通過フイルタ等の平滑回路を
介して開方回路を接続し、乗算器からの出力信号
のうち低周波信号のみを通過させることにより平
滑化して、雑音信号を抑制、排除した後、それを
開方して筋電位信号A₁を得るようにしている。

上記構成の装置において、筋肉１の興奮が神経
筋接合部４から筋繊維２に沿つて伝わると、筋電
位信号が先ず第１の双極電極１１で、次いで遅延
時間τの後に第２の双極電極１２でそれぞれ検出
されるが、第１の増幅器からの信号のみが遅延回
路により遅延時間τだけ遅らせて乗算器に印加さ
れるため、同一の筋電位信号が同期状態で乗算さ
れることになる。この乗算回路からの出力信号
は、平滑回路で平滑された後開方回路において開
方され、雑音信号が抑制、排除された筋電位信号
A₁が出力される。

次に、上記信号処理において、一対の筋電位信
号中の雑音信号が抑制、排除される過程について
詳細に説明する。

一般に、上記筋電位信号に混入する外来雑音に
は、一対の筋電位信号のそれぞれに同位相が逆位
相で混入するか、あるいは一対の筋電位信号の一
方にのみ混入するという性質がある。従つて、そ
れらの雑音信号は、上記のように一対の増幅器か
らの出力信号同士を一方を遅延した状態で乗算し
た後に平滑化すると、一対の雑音信号が相互に位
相をずらして乗算され、これらが互いに打ち消し
合つてその影響が低減される。

第５図及び第６図は、これを説明するためのも
ので、第５図ロ及びハは、皮膚面上における電極
の動きにより逆位相で混入する一対の雑音信号、
同図ニは上記雑音信号の一方の位相をずらして乗
算することにより筋電位信号に影響を与えない小
さな負の信号となることを示している。また、第
６図は商用電源により混入する一対の雑音信号が
除去される過程を示し、同図ハは位相を90゜遅延
させた雑音信号、ロは第２の増幅器の出力信号中
における雑音信号、ニは上記両雑音信号を乗算し
た信号を示し、これを平滑化することにより雑音
信号を０にすることができる。なお、第３図中に
おけるロ〜ニは、上記第５図ないし第６図におけ
る各信号ロ〜ニの検出点を示すものである。

第７図は、上記のようにして求めた筋電位信号
A₁を、破線で囲んだ従来の装置による雑音混入
状態の筋電位信号A₂で割算することにより、筋
電位信号A₂への雑音の混入の有無及びその程度
を知得するための装置を示すものである。同図に
おいて、筋電位信号A₁を検出する部分は、第３
図と同様に構成している。筋電位信号A₁をA₂で
割算した値A₃は、雑音の混入がない場合にはA₁
とA₂が一致するため１となり、雑音の混入があ
る場合にはA₁よりA₂が大きくなるため１より小
さくなる。さらに、雑音の混入量が大きい場合に
は、雑音信号の位相によつてA₁及びA₃が負とな
り、雑音の混入が明確に知得でき各種のチエツク
に用いることができる。

上記第１の増幅器からの出力信号を遅延する遅
延回路は、上記出力信号がアナログ量であること
から複雑化するのが避けられない。このため、第
８図に示すように、第１の増幅器からの出力信号
を二値化回路で正負の二値あるいは零を含む三値
に量子化した後に遅延回路に印加するようにすれ
ば、遅延回路を簡単な回路によつて構成すること
ができる。第９図イないしヘの各信号は、第８図
の装置のイないしヘの各点で検出した信号であ
り、第８図の装置による信号処理の過程を示して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図イないしハは
上記従来例による信号処理の過程を示す波形図、
第３図は本発明の実施例の構成図、第４図イ，ロ
並びに第５図及び第６図のロ〜ニは第３図の回路
中における信号の波形図、第７図は本発明を利用
した雑音検出装置の構成図、第８図は本発明の異
種実施例の構成図、第９図は第８図の回路による
信号処理の過程を示す波形図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 筋繊維に沿つて伝達する筋電位信号を所定の
   遅延時間を隔てて検出する二組の電極を備え、遅
   延した筋電位信号を検出する一方の電極を乗算器
   に接続すると共に、他方の電極を上記遅延時間だ
   け遅延させる遅延回路を介して上記乗算器に接続
   し、この乗算器にその出力における低周波信号の
   みを通過させて雑音信号を抑制、排除する平滑回
   路を接続すると共に、この平滑回路にその出力の
   平方根を求める開方回路を接続したことを特徴と
   する筋電位検出装置。