WO2017131145A1 - 電気刺激装置 - Google Patents

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WO2017131145A1
WO2017131145A1 PCT/JP2017/002904 JP2017002904W WO2017131145A1 WO 2017131145 A1 WO2017131145 A1 WO 2017131145A1 JP 2017002904 W JP2017002904 W JP 2017002904W WO 2017131145 A1 WO2017131145 A1 WO 2017131145A1
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WO
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electrode
electrical stimulation
electrodes
arm
muscle
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PCT/JP2017/002904
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English (en)
French (fr)
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絵美 玉城
健一郎 岩▲崎▼
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H2L株式会社
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    • A61N1/36003—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of motor muscles, e.g. for walking assistance

Definitions

  • the present invention relates to an electrical stimulation apparatus that applies an electrical stimulation signal output from an electrical stimulation signal generation circuit to a muscle of a human arm and detects a displacement of the arm muscle with a sensor.
  • the inventors of the present application previously proposed an electrical stimulation device as described in Patent Document 1.
  • the electrical stimulation device proposed in Patent Document 1 attaches a plurality of electrodes to a band worn on a user's forearm and applies electrical stimulation to muscles of the forearm.
  • the user wearing the electrical stimulation device proposed in Patent Document 1 moves his finger or hand in response to an external command to the forearm muscles. For example, it is known in advance which muscle of the forearm to move when five fingers are stimulated, and the finger corresponding to the muscle moves by stimulating a specific muscle with an electrode attached to the electrical stimulator. It becomes like this.
  • the band-shaped electrical stimulation device includes a plurality of electrodes, but it is necessary to detect which muscle each electrode corresponds to. To perform this detection, when the user wears a band-shaped electrical stimulation device, first perform a calibration operation to output electrical stimulation signals from each electrode and confirm in advance which finger moves. Is required.
  • each electrode arranged on the electrical stimulation device is Since it is difficult to determine which muscle is facing without performing the calibration work, the calibration work is extremely important.
  • this calibration work is an operation for supplying electrical stimulation signals to a large number of electrodes in order to check which one of the five fingers moves, so there is a problem that it takes a lot of labor and time. It was.
  • the present invention has been made in view of these points, and there is provided an electric stimulation device that can accurately stimulate a target muscle with each arranged electrode even if there are individual differences in arm thickness and muscle position.
  • the purpose is to provide.
  • the electrical stimulation device of the present invention includes a member wound around a user's arm, a plurality of electrodes disposed on one surface of the member, and a plurality of optical distance sensors disposed on one surface of the member. Then, an electrical stimulation signal output from the electrical stimulation generation circuit is given to a user from a specific electrode among the plurality of electrodes to stimulate the arm muscle at a position opposite to the specific electrode, and a plurality of optical signals. Displacement of arm muscles was detected with an expression distance sensor.
  • at least one of the plurality of electrodes is a substantially rectangular electrode arranged to be inclined at a predetermined angle of less than 90 ° with respect to the circumferential direction of the user's arm.
  • the substantially rectangular electrode is disposed on the member wound around the user's arm, even if there is a difference in the thickness or muscle position of the user wearing the electrical stimulation device,
  • the rectangular electrode is arranged at a position overlapping the target muscle. Therefore, for the electrodes arranged in an inclined manner, the calibration work is not necessary or only a simple calibration work is required, and the burden of the calibration work is reduced accordingly.
  • the electrical stimulator is equipped with an optical distance sensor that detects the displacement of the muscle, so that the movement of the muscle when an electrical stimulation signal is given from the electrode of the electrical stimulator is directly detected by the optical distance sensor. It is possible to apply an electrical stimulation signal to the electrode while monitoring muscle movement.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electrical stimulation device according to an embodiment of the present invention. It is a top view which shows the structural example of the electrode arrangement
  • FIG. 1 is a perspective view of the electrical stimulation device of this example as viewed obliquely from above.
  • the electrical stimulation device of this example includes a substantially V-shaped sheet-like member 100.
  • the sheet-like member 100 is made of a flexible resin sheet, and a circuit storage box 110 is attached to the surface of the central portion 101.
  • the circuit storage box 110 incorporates an arithmetic processing unit 150 (see FIG. 4) described later, a battery, and the like.
  • the surface opposite to the surface on which the circuit storage box 110 of the sheet-like member 100 is attached (the lower surface in FIG. 1) is an electrode arrangement surface 104.
  • the electrical stimulation device configured by the sheet-like member 100 is worn by the user by winding the electrode arrangement surface 104 around the forearm.
  • the direction is the circumferential direction of the forearm when worn (H direction in FIG. 1: the H direction bends along the arm when worn) ) With respect to the left side 102 by a predetermined angle ⁇ 1.
  • the right side portion 103 is inclined by a predetermined angle ⁇ 2 with respect to the circumferential direction of the forearm when worn.
  • the inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are 32 ° here.
  • a direction perpendicular to the H direction corresponding to the circumferential direction of the forearm (a direction that becomes the longitudinal direction of the arm when worn) is referred to as an L direction.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration example of the electrode arrangement surface 104.
  • the electrode placement surface 104 includes electrodes 121 to 128 for applying electrical stimulation signals to the muscles of the user's forearm, and ground electrodes 131 to 133, 136, and 137 that are used in pairs with the electrodes 121 to 128. However, since some of the ground electrodes are used in common, the numbers of the electrodes 121 to 128 and the ground electrodes 131 to 133, 136, and 137 do not match.
  • the electrode placement surface 104 includes optical distance sensors 141 to 148 that detect the movement of muscles of the user's forearm.
  • the right side electrode arrangement place 105 is prepared on the right side 103 (left side in the figure) of the electrode arrangement surface 104, and four electrodes 121, 122, 131, 132 are arranged.
  • the electrode 121 is an electrode for channel 1 (V1ch)
  • the electrode 122 is an electrode for channel 2 (V2ch).
  • the electrode 131 is an electrode for the ground channel 1 (GND1ch)
  • the electrode 132 is an electrode for the ground channel 2 (GND2ch).
  • the V1ch electrode 121 and the GND1ch electrode 131 are electrodes that are used in pairs to stimulate the forearm muscles, and are arranged adjacent to the longitudinal direction L of the arm when worn.
  • the V2ch electrode 122 and the GND2ch electrode 132 are also used as a pair to stimulate the forearm muscles, and are inclined at the same angle ⁇ 2 as the inclination angle ⁇ 2 of the right side portion 103 with respect to the circumferential direction H. It is a substantially rectangular electrode arranged in a state.
  • the V2ch electrode 122 and the GND2ch electrode 132 are disposed adjacent to each other in the longitudinal direction L of the arm.
  • a central electrode arrangement location 106 is prepared, and five electrodes 123, 124, 125, 128, and 133 are arranged.
  • the electrode 123 is an electrode for channel 3 (V3ch)
  • the electrode 124 is an electrode for channel 4 (V4ch)
  • the electrode 125 is channel 5 This is an electrode for (V5ch).
  • These three V3ch, V4ch, and V5ch electrodes 123, 124, and 125 extend in the longitudinal direction of the arm and are arranged in parallel in the circumferential direction of the arm.
  • the electrode 128 is an electrode for channel 8 (V8ch).
  • the V8ch electrode 128 is an electrode extending long in the circumferential direction of the arm.
  • the electrode 133 is an electrode commonly used in the ground channels 3, 4, 5, and 8 (GND3, 4, 5, and 8ch).
  • the V3ch electrode 123, the V4ch electrode 124, and the V5ch electrode 125 are electrodes for stimulating different muscles of the forearm for each channel, and the electrode 133 is commonly used as a ground electrode.
  • the three electrodes 123, 124, and 125 of V3ch to V5ch are arranged side by side in the circumferential direction H of the arm, and a common ground electrode 133 that is arranged adjacent to the three electrodes 123, 124, and 125 in the longitudinal direction L. Is a rectangular electrode extending long in the circumferential direction H of the arm.
  • the V8ch electrode 128 is a rectangular electrode that is adjacent to the ground electrode 133 and extends long in the circumferential direction H of the arm.
  • the ground electrode 133 is also used as the ground potential of the V8ch electrode 128.
  • V8ch is a channel used as a spare, and the electrode 128 of V8ch extends long in the circumferential direction H of the arm, so that a plurality of muscles of the arm can be simultaneously stimulated.
  • the left electrode portion 107 is prepared on the left portion 102 (right side in FIG. 2) of the electrode arrangement surface 104, and four electrodes 126, 127, 136, and 137 are arranged. Of the four electrodes 126, 127, 136, and 137, the electrode 126 is an electrode for channel 6 (V6ch), and the electrode 127 is an electrode for channel 7 (V7ch). The electrode 136 is an electrode for the ground channel 6 (GND6ch), and the electrode 137 is an electrode for the ground channel 7 (GND7ch).
  • the electrode 126 of V6ch and the electrode 136 of GND6ch are electrodes that are used in pairs to stimulate the forearm muscles, and are inclined at the same angle ⁇ 1 as the inclination angle ⁇ 1 of the left side 102 with respect to the circumferential direction H. Are substantially rectangular electrodes.
  • the V7ch electrode 127 and the GND7ch electrode 137 are arranged adjacent to each other in the longitudinal direction L of the arm.
  • optical distance sensors 141 and 142 are arranged at two locations in the vicinity of the right side electrode arrangement location 105 (left side in FIG. 2) of the electrode arrangement surface 104, and the electrode arrangement location at the center of the electrode arrangement surface 104.
  • optical distance sensors 143, 144, 145, 146 are arranged at four locations, and in the vicinity of the left electrode arrangement location 107 on the electrode arrangement surface 104, optical distance sensors 147, 148 are arranged at two locations. Is placed.
  • These eight optical distance sensors 141 to 148 are 8-channel sensors of IR1ch to IR8ch.
  • IR1ch to IR8ch 8-channel optical distance sensors 141 to 148 are composed of infrared light emitting elements 141a to 148a and infrared light receiving elements 141b to 148b (see FIG. 4), respectively, from the sensor placement surface to the surface of the arm muscles. Detect changes in distance.
  • a resin material (not shown) having adhesiveness is arranged at portions other than the electrode arrangement locations 105, 106, 107 on the electrode arrangement surface 104, and the electrode arrangement surface 104 is used as a forearm due to the adhesion of the resin material. It is designed so that it can be mounted in a wound state. Examples of muscles stimulated by the electrodes 121 to 128 and 131 to 137 of the respective channels and muscles detected by the optical distance sensors 141 to 148 will be described later (see FIGS. 5 and 6).
  • FIG. 3 shows an example in which the electrical stimulation device of this example is attached to the forearm.
  • the center portion 101 of the electrode arrangement surface 104 (FIG. 2) of the sheet-like member 100 is in contact with a position near the wrist of the forearm RA of the user's right arm.
  • the left side portion 102 is on the left side of the palm and the right side portion 103 is on the right side of the palm. That is, the upper side 101a of the central part 101 of the substantially V-shaped sheet-like member 100 is directed to the palm side.
  • the user wraps the left side portion 102 of the sheet-like member 100 around the wrist as indicated by the arrow F1, and performs the work of winding the right side portion 103 of the sheet-like member 100 around the wrist as indicated by the arrow F2.
  • the electrical stimulation device is mounted in a state of being wound around the forearm RA.
  • the state of being wound around the forearm RA is maintained by the adhesiveness of the adhesive resin material arranged on the electrode arrangement surface 104.
  • the state of being wrapped around the forearm RA only by the adhesiveness of the resin material is an example.
  • a clip mechanism is provided at the front end of the left side portion 102 and the front end of the right side portion 103 so that they overlap each other. You may make it stay.
  • the electrical stimulation apparatus of this example can be easily mounted because the sheet-like member 100 is wound around the forearm RA and mounted. And since the sheet-like member 100 is substantially V-shaped, the user can easily understand the mounting direction, and can be securely mounted in the determined direction as shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3 shows an example in which the electrical stimulation device is mounted on the user's right arm, the electrical stimulation device may be mounted on the left arm.
  • FIG. 4 shows an example of an internal circuit of the electrical stimulation device. This circuit is arranged, for example, in the circuit storage box 110 shown in FIG.
  • the electrical stimulation apparatus includes an arithmetic processing unit 150, and generates an electrical stimulation signal to be supplied to each electrode based on an instruction received from the outside by the arithmetic processing unit 150. That is, the arithmetic processing unit 150 includes an analog / digital converter 151 that takes in voltage signals obtained from the optical distance sensors 141 to 148, and a central control unit (CPU) 152 that controls generation of electrical stimulation signals.
  • CPU central control unit
  • the arithmetic processing unit 150 also includes a ROM 153 storing software necessary for performing control calculations by the CPU 152, a RAM 154 that holds control data, and an interface that outputs commands from the CPU 152 to the electrodes and the switches SW1 to SW4.
  • a communication unit 156 that performs wireless communication with the outside, an acceleration sensor 158, and an orientation sensor 159.
  • the above-described elements constituting the arithmetic processing unit 150 are connected to each other via an internal bus so that they can communicate with each other.
  • the communication unit 156 performs wireless communication with neighboring devices using, for example, Bluetooth (registered trademark), and is connected to an antenna 157.
  • the acceleration sensor 158 and the azimuth sensor 159 are sensors that detect arm movement and orientation.
  • a gyro sensor As the direction sensor 159, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, or the like is applicable. These sensors included in the arithmetic processing unit 150 are merely examples, and other sensors may be arranged. Or it is good also as a structure which does not arrange
  • the arithmetic processing unit 150 controls the application of electrical stimulation signals to the electrodes 121 to 128 and performs processing for determining detection signals of the optical distance sensors 141 to 148.
  • the optical distance sensors 141 to 148 include infrared light emitting elements 141a to 148a and infrared light receiving elements 141b to 148b.
  • the optical distance sensor 141 includes an infrared light emitting element 141a and an infrared light receiving element 141b.
  • the infrared light receiving element 141b detects the reflected light of the infrared ray irradiated from the infrared light emitting element 141a to the surface of the user's forearm, and the optical distance sensor 141b
  • a detection signal indicating a change in the distance from the expression distance sensor 141 to the surface of the forearm is output.
  • infrared light emitting elements 141a to 148a are selectively supplied with a DC power source Vcc. That is, any one infrared light emitting element (element 141a in FIG. 4) is selectively connected to the ground potential side via the resistor R1 by the switch SW1, and the selected infrared light emitting element 141a outputs an infrared signal. . In conjunction with the switching of the switch SW1, the switch SW2 for selecting the infrared light receiving elements 141b to 148b is also switched, and the detection signals obtained by the selected infrared light receiving elements 141b to 148b are supplied to the analog / digital converter 151. To do.
  • the direct-current power supply Vcc is also supplied to each of the infrared light receiving elements 141b to 148b, and is connected to the ground potential side via resistors R2a to R2h prepared for the respective infrared light receiving elements 141b to 148b. Then, detection signals obtained at connection points between the infrared light receiving elements 141b to 148b and the resistors R2a to R2h are supplied to the analog / digital converter 151 side via the switch SW2.
  • the switches SW1 and SW2 are switched by an instruction supplied from the CPU 152 via the interface unit 155.
  • the detection signal converted into digital data by the analog / digital converter 151 is stored in the RAM 154 under the control of the CPU 152.
  • the data obtained from the optical distance sensors 141 to 148 is used to monitor the correct movement of the muscles using the electrodes 121 to 128.
  • This muscle movement monitor is used during a calibration operation for checking the correspondence between the electrodes 121 to 128 and the muscles of the user's forearm when the user wears the electrostimulator on the forearm. Further, even in actual use as shown in FIG. 7 described later, it is used to determine whether or not the hand or finger is moving by applying the electrical stimulation signal at that time.
  • An application instruction of the electrical stimulation signal output from the CPU 152 via the interface unit 155 is supplied to the drive circuit 161.
  • the drive circuit 161 generates an electrical stimulation signal having the instructed voltage, and applies the generated electrical stimulation signal to any of the electrodes 121 to 128 selected by the switch SW4 while the switch SW3 is on.
  • the switch SW3 is a switch for setting a period for applying the electrical stimulation signal
  • the switch SW4 is a switch for selecting the electrodes 121 to 128 to which the electrical stimulation signal is applied, and all are output from the CPU 152 via the interface unit 155. Can be switched by an instruction to be performed.
  • the ground electrodes 131 to 133, 136 and 137 facing the electrodes 121 to 128 are connected to the ground potential side.
  • Example of muscle stimulated by each electrode] 5 to 8 show examples of muscles stimulated by the electrodes 121 to 128 arranged on the electrode arrangement surface 104 of the electric stimulator.
  • FIG. 5 shows a muscle on the palm side of the forearm (right arm) to which the electrical stimulation device is attached
  • FIG. 6 shows a state in which the electrical stimulation device for the same arm is not attached.
  • FIG. 7 shows muscles on the back side of the hand of the forearm (right arm) wearing the electrical stimulation device
  • FIG. 8 shows a state where the electrical stimulation device of the same arm is not worn. 5 and 7, as described in the mounting example (FIG.
  • the central portion 101 of the sheet-like member 100 of the electrostimulator is on the upper side with the palm side of the forearm facing upward.
  • An example of the positional relationship between each muscle, the electrodes 121 to 128, and the optical distance sensors 141 to 148 when worn on the forearm is shown.
  • the channel (V1ch, V2ch, etc.) assigned to each electrode is shown.
  • the electrode of V3ch is disposed at a position in contact with the flexion-side carpal flexor muscle M1.
  • the flexion-side carpal flexor M1 is a muscle that controls the movement of bending the hand or moving the hand away from the body axis.
  • the electrode of V4ch is disposed at a position in contact with the muscle M2 connected to the index finger.
  • the V5ch electrode is disposed at a position in contact with the muscle M3 connected to the middle finger.
  • These muscles M2 and M3 correspond to the superficial finger flexor muscles, and are the muscles that move each finger.
  • the V8ch electrode is disposed at a position in contact with all of these muscles M1, M2, and M3.
  • optical distance sensors IR3ch to IR6ch detect the movement of these muscles M1, M2, and M3.
  • FIG. 6 shows a state of these muscles M1, M2, and M3 in a state where the electrical stimulation device is not attached.
  • the V2ch electrode is arranged at a position in contact with the long thumb abductor muscle M11.
  • the long thumb abductor muscle M11 is a muscle that controls the operation of extending the thumb or releasing the thumb from the axis of the hand.
  • the electrode of V1ch is disposed at a position in contact with the total finger extensor muscle M12.
  • the total finger extensor muscle M12 controls the operation of extending fingers other than the thumb or extending the hand.
  • the electrode of V7ch is disposed at a position in contact with the little finger extensor M13.
  • the little finger extensor muscle M13 controls the action of extending the little finger.
  • the electrode of V6ch is disposed at a position in contact with the ulnar carpal extensor M14.
  • the ulnar carpal extensor muscle M14 is a muscle that controls the movement of the hand or moving it in the body axis direction.
  • optical distance sensors for detecting muscle movement four optical distance sensors, IR1ch, IR2ch, IR7ch, and IR8ch, are provided, and these four optical distance sensors detect the movement of muscles M11 to M14. To detect.
  • FIG. 8 shows a state of these muscles M11 to M14 in a state where the electrical stimulation device is not attached.
  • the right-side electrode placement location 105 and the left-side electrode placement location 107 where the electrodes that stimulate the muscles on the back side of the hand are placed as shown in FIG. 7 are located away from the wrist. Therefore, the optical distance sensors 141 to 148 arranged in the vicinity of the respective portions 105, 106, and 107 have an effect that the movements of the respective muscles can be detected at almost ideal positions.
  • the arrangement of the muscles, the electrodes 121 to 128 and the optical distance sensors 141 to 148 shown in FIGS. 5 and 7 is an example, and the electrodes 121 to 128 are not necessarily connected to the muscles M1 to M3, M11 to M14. It does not always match. However, with the electrode arrangement of this example, the positions of the electrodes 121 to 128 and the muscles can be made to coincide with each other with considerable accuracy even if there are considerable individual differences in the muscles of the user's forearm.
  • the electrodes (V2ch, V6ch) 122, 126 corresponding to these muscles M11, M14 are elongated rectangular electrodes inclined at predetermined angles ⁇ 1, ⁇ 2, Even if there is an individual difference, the electrodes 122 and 126 come into contact with the muscles M11 and M14, and the muscles M11 and M14 can be stimulated satisfactorily.
  • the electrodes 122 and 126 are in good contact with the muscles M11 and M14 in various development situations by setting the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 to 32 ° ⁇ 5 °.
  • the angle of 32 ° ⁇ 5 ° is just an example, and by placing it at a predetermined angle of 90 ° or less, the contact situation with the horizontal streaks is good according to the angle of inclination. There is an effect.
  • the electrical stimulation device of this example can stimulate the target muscle without performing a calibration operation for measuring the correspondence between the electrode of each channel and the muscle in advance. Further, even when the calibration work is performed, it is only necessary to perform a relatively simple calibration work to confirm whether or not the target muscle moves.
  • the optical distance sensors 141 to 148 are arranged around each electrode, the movement of the muscle when the electrical stimulation signal is given from each electrode 121 to 128 of the electrical stimulation device is optically detected. It can be detected directly by the distance sensors 141 to 148, and an electrical stimulation signal can be applied to the electrodes while monitoring the movement of the muscles.
  • the detection signals of these optical distance sensors 141 to 148 can be used.
  • the electrical stimulation device of this example is provided with the V8ch electrode 128 extending in the circumferential direction of the arm, so that even when the individual muscle stimulation with the V3ch to V5ch electrodes 123 to 125 cannot be performed well, The target muscle can be stimulated using the electrode 128.
  • the electrical stimulation device of this example can basically stimulate the target muscles well without performing strict calibration work, but various factors (such as the wearer's sweat, There may be a situation in which the muscles do not move due to stimulation using the electrodes 123 to 125 due to displacement during wearing. In such a case, by stimulating in a wide range using the V8ch electrode 128 extending long in the circumferential direction of the arm, the range including the target muscle can be surely stimulated. It can be detected from the detection signals of the optical distance sensors 143 to 146 around the electrodes 123 to 125 that the muscles do not move due to stimulation by the electrodes 123 to 125. In such a case, the V8ch electrode 128 may be used.
  • FIG. 9 shows an example of use of the electrical stimulation device of this example.
  • an electrical stimulation device is attached to the forearm RA of the user's right arm. Further, the user wears the head mounted display 200, and the head mounted display 200 displays the virtual video that is wirelessly transmitted from the virtual video playback device 300.
  • the virtual video reproduction device 300 instructs the generation timing of the electrical stimulation signal to be given to the specific muscle of the user's forearm RA from the electrical stimulation device in conjunction with the display of the video on the head mounted display 200.
  • the head mounted display 200 displays an image of the bird B on the finger of the user's right hand.
  • the electrical stimulation device applies an electrical stimulation signal to the forearm RA from a specific electrode among the electrodes 121 to 128 arranged on the sheet-like member 100.
  • the specific electrode to which the electrical stimulation signal is applied is an electrode that stimulates the muscle that moves the finger f1 that seems to be on the bird B as seen from the user.
  • the application of the electrical stimulation signal causes the finger f1 to move downward D1. Since this movement D1 is performed by applying an electrical stimulation signal, it is a movement unrelated to the user's will. Accordingly, when viewed from the user, the illusion that the finger f1 has moved due to the weight of the small bird B riding on it is possible to immerse in the virtual image presented on the head mounted display 200. Further, when the bird B displayed in the video jumps off the finger f1, the user can feel that the bird flew off with the sense of the finger f1 by moving the finger f1 in the direction opposite to the movement D1 (upward). It becomes like this. Although the movement of one finger f1 is shown in FIG. 9, the application of the electrical stimulation signal to each muscle described in FIGS. 5 and 7 can realize the movement of the finger or hand according to the role of each muscle. It becomes like this.
  • the substantially V-shaped sheet-like member 100 is wound around the arm and attached to the user's arm.
  • a member having a different shape from the sheet-like member 100 may be wound around the arm.
  • . 10 and 11 show an example in which electrodes are arranged on a band-shaped member 400 formed in an annular shape.
  • an annular band-shaped member 400 is prepared, and electrodes 121 to 128, ground electrodes 131 to 133, 136, and 137 and optical distance sensors 141 to 148 are arranged on the inner surface 401 of the member 400. To do.
  • the electrodes 121 to 128, 131 to 133, 136, and 137 and the optical distance sensors 141 to 148 are arranged in substantially the same manner as the electrode arrangement of the sheet-like member 100 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 11 in which the inner surface 401 of the band-shaped member 400 is developed, the right side electrode placement location 105, the center electrode placement location 106, and the left side electrode placement location 107 are placed on the inner surface 401, respectively.
  • the electrodes 121 to 128, 131 to 133, 136, and 137 are arranged in the arrangement locations 105 to 107 as in the example of FIG. Further, optical distance sensors 141 to 148 are arranged around the respective arrangement locations 105 to 107.
  • the inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the electrodes 122, 132, 126, and 136 that are inclined obliquely to the right electrode arrangement place 105 and the left electrode arrangement place 107 are 32 ° ⁇ 5.
  • An angle of ° is preferred.
  • the same effect as that of the electrical stimulation apparatus in the example of FIG. 1 can be obtained.
  • the electrical stimulation device is a preferred example, and can be modified and changed without departing from the gist of the present invention.
  • the sheet-like member 100 and the circuit storage box 110 are integrally formed.
  • the sheet-like member 100 and the circuit storage box 110 are configured to be detachable, and the sheet-like member 100 is replaced when the adhesive resin material disposed on the sheet-like member 100 deteriorates. May be.
  • Arranging the circuit storage box 110 at the center of the surface of the sheet-like member 100 as in the example of FIG. 1 is an example, and may be attached to other locations.
  • the electrode arrangements in the example of FIG. 2 and the example of FIG. 10 are arrangements for performing movement of all fingers of the hand or the entire hand. For example, movement of a specific one finger, movement of the entire hand, etc. If such a specific movement is required, any one or a limited number of electrodes may be arranged. Further, in the electrode arrangement of the example of FIG. 2, the V8ch electrode 128 is a spare electrode, and is used when a finger or the like does not move with the V3ch to V5ch electrodes 123 to 125. Therefore, a configuration in which the V8ch electrode 128 is not disposed may be employed depending on the usage.
  • the sheet-like member 100 of the electrical stimulation device is substantially V-shaped.
  • the electrodes 122 and 126 and the ground electrodes 132 and 136 are inclined and the electrodes are relatively long, as described above, even if there are individual differences, the target muscles Has the effect of being able to stimulate.
  • FIG. 10 described above shows one example that is not V-shaped, the member on which the electrode is disposed may have a shape different from those illustrated.
  • the sheet-like member 100 is substantially V-shaped as shown in FIG. 1, there is an effect that the mounting direction when mounting on the forearm is easy to understand, and the front-rear direction is easy to understand like the V-shaped. Preferably there is.
  • the electrical stimulation device has a built-in communication unit 156 to receive an instruction from the outside wirelessly, but an instruction to move the muscle from an external device connected by a wired cable. You may make it receive. Alternatively, the electrical stimulation device itself may determine the surrounding situation and apply the electrical stimulation signal.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sheet-like member, 101 ... Center part, 101a ... Center part upper side, 102 ... Left side part, 103 ... Right side part, 104 ... Electrode arrangement surface, 105 ... Right side electrode arrangement place, 106 ... Center part electrode arrangement place, 107 ... Left side electrode arrangement place, 110 ... Circuit storage box, 111 ... Connection terminal, 121-128 ... Electrode, 131-133, 136,137 ... Ground electrode, 141-148 ... Optical distance sensor, 150 ... Calculation processing unit, 151 ... Analog / digital converter, 152 ... Central control unit (CPU), 153 ... ROM, 154 ... RAM, 155 ... Interface unit, 156 ... Communication unit, 157 ... Antenna, 158 ... Acceleration sensor, 159 ... Direction sensor, 161 ... Drive circuit, 200 ... Head mounted display, 300 ... Virtual video reproduction device, 400 ... Band Jo members, 401 ... inner surface

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Abstract

ユーザーの腕に巻き付けられる部材と、部材の一方の面に配置した複数の電極と、部材の一方の面に配置した複数の光学式距離センサーとを備える。そして、電気刺激発生回路から出力される電気刺激信号を、複数の電極の内の特定の電極からユーザーに与えて、特定の電極と対向した位置の腕の筋肉に刺激を与えると共に、複数の光学式距離センサーで腕の筋肉の変位を検出する。複数の電極の内の一部の電極は、ユーザーの腕の周方向に対して、９０°未満の所定の角度で傾斜したほぼ長方形の電極とした。

Description

電気刺激装置
　本発明は、電気刺激信号発生回路から出力される電気刺激信号を、人の腕の筋肉に与えると共に、腕の筋肉の変位をセンサーで検出する電気刺激装置に関する。
　従来、人（ユーザー）の前腕に複数の電極を装着し、その電極から前腕の筋肉に電気刺激信号を与えることで、外部からの指令で、ユーザーの指又は手を動かそうとする試みが行われている。たとえば、手指のリハビリテーション、トレーニング、動きの補助などを、外部からの指令で行うことが考えられている。また、ヘッドマウントディスプレイなどを使用して、ユーザーに仮想空間の映像を提示するバーチャルリアリティー処理を行う際に、外部からの指令で、仮想空間の映像に合わせて手指を動かすことで、リアリティー性を高めることなども提案されている。
　本願の発明者らは、先に特許文献１に記載されるような電気刺激装置を提案した。この特許文献１で提案した電気刺激装置は、ユーザーの前腕に装着されるバンドに複数の電極を取り付けて、前腕の筋肉に電気刺激を与えるものである。
特開２０１４－１０４２４１号公報
　特許文献１で提案した電気刺激装置を装着したユーザーは、前腕の筋肉への外部からの指令で指又は手が動くようになる。たとえば５本の指は、前腕のどの筋肉を刺激すれば動くかが予め判っており、電気刺激装置に取り付けられた電極で、特定の筋肉を刺激することで、その筋肉に対応した指が動くようになる。
　ここで、ユーザーがバンド形状の電気刺激装置を前腕に装着した状況を想定する。このとき、バンド形状の電気刺激装置は複数の電極を備えるが、それぞれの電極がどの筋肉に対応しているのかを検知する必要がある。この検知を行うために、ユーザーがバンド形状の電気刺激装置を装着した際には、最初にキャリブレーション作業を行って、電気刺激信号を各電極から出力させ、どの指が動くのかを予め確かめることが必要になる。
　特に、人の腕の太さは、年齢、性別、体重などの個人差で大きく異なるため、バンド形状の電気刺激装置をユーザーが装着したときに、電気刺激装置に配置されたそれぞれの電極が、どの筋肉に対向しているのかを、キャリブレーション作業を行うことなく判断することは困難であるので、キャリブレーション作業は極めて重要な意味を持つ。
　しかしながら、このキャリブレーション作業は、多数の電極に順に電気刺激信号を供給して、５本の指の内のどれが動くかを確かめる作業であるため、多くの手間と時間がかかるという問題があった。
　本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、腕の太さや筋肉の位置に個人差があっても、配置された各電極が、目標となる筋肉を的確に刺激できる電気刺激装置を提供することを目的とする。
　本発明の電気刺激装置は、ユーザーの腕に巻き付けられる部材と、部材の一方の面に配置した複数の電極と、部材の一方の面に配置した複数の光学式距離センサーとを備える。
　そして、電気刺激発生回路から出力される電気刺激信号を、複数の電極の内の特定の電極からユーザーに与えて、特定の電極と対向した位置の腕の筋肉に刺激を与えると共に、複数の光学式距離センサーで腕の筋肉の変位を検出するようにした。
　ここで、複数の電極の内の少なくとも１つの電極は、ユーザーの腕の周方向に対して、９０°未満の所定の角度で傾斜して配置したほぼ長方形の電極としたことを特徴とする。
　本発明によると、ユーザーの腕に巻き付けられる部材に傾斜してほぼ長方形の電極が配置されているので、電気刺激装置を装着するユーザーの腕の太さや筋肉の位置に相違があっても、ほぼ長方形の電極については、目標とする筋肉と重なる位置に配置されるようになる。したがって、傾斜して配置される電極については、キャリブレーション作業が必要ないか、あるいは簡単なキャリブレーション作業を行うだけでよく、それだけキャリブレーション作業時の負担が少なくなる。
　また、電気刺激装置には、筋肉の変位を検出する光学式距離センサーが配置されているので、電気刺激装置の電極から電気刺激信号を与えたときの筋肉の動きを光学式距離センサーで直接検出することができ、筋肉の動きをモニターしながら電極に電気刺激信号を与えることが可能になる。
本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の斜視図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の電極配置面の構成例を示す平面図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の前腕への装着例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の回路例を示す構成図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置と腕の筋肉との関係（右手の手のひら側）を示す説明図である。 電気刺激装置が未装着での、図５と同じ状態の腕の筋肉を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置と腕の筋肉との関係（右手の手の甲側）を示す説明図である。 電気刺激装置が未装着での、図７と同じ状態の腕の筋肉を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置の使用例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例による電気刺激装置をバンド部材に適用した例を示す説明図である。 図１０のバンド部材を展開した状態を示す平面図である。
　以下、本発明の一実施の形態例（以下、「本例」と称する。）を参照して説明する。
［１．電気刺激装置の構成］
　図１は、本例の電気刺激装置を斜め上から見た斜視図である。
　本例の電気刺激装置は、ほぼＶ字形状のシート状部材１００を備える。シート状部材１００は、柔軟性を有する樹脂シートで構成され、中央部１０１の表面に、回路収納ボックス１１０が取り付けられている。回路収納ボックス１１０には、後述する演算処理部１５０（図４参照）や電池などが内蔵されている。そして、シート状部材１００の回路収納ボックス１１０が取り付けられた面とは反対側の面（図１の下側の面）が、電極配置面１０４となっている。
　このシート状部材１００で構成される電気刺激装置は、後述する図３の装着例で説明するように、電極配置面１０４を前腕に巻き付けることで、ユーザーに装着されるものである。
　シート状部材１００は、図１に示すように、ほぼＶ字形状をしているため、装着時に前腕の周方向となる方向（図１でのＨ方向：Ｈ方向は装着時には腕に沿って曲がる）に対して、左側部１０２が所定角度θ１だけ傾斜している。同様に、装着時に前腕の周方向となる方向に対して、右側部１０３が所定角度θ２だけ傾斜している。この傾斜角度θ１，θ２は、ここでは３２°とする。また、以下の説明では、前腕の周方向に相当するＨ方向と直交する方向（装着時に腕の長手方向となる方向）をＬ方向と称する。
　図２は、電極配置面１０４の構成例を示す平面図である。
　電極配置面１０４には、ユーザーの前腕の筋肉に電気刺激信号を与えるための電極１２１～１２８と、その電極１２１～１２８とペアで使用される接地電極１３１～１３３，１３６，１３７とを備える。但し、接地電極については、一部を共通で使用するため、電極１２１～１２８と接地電極１３１～１３３，１３６，１３７の数は一致しない。
　また、電極配置面１０４は、ユーザーの前腕の筋肉の動きを検出する光学式距離センサー１４１～１４８を備える。
　電極配置面１０４の右側部１０３（図中の左側）には、右側部電極配置箇所１０５が用意され、４個の電極１２１，１２２，１３１，１３２が配置される。４個の電極１２１，１２２，１３１，１３２の内で、電極１２１はチャンネル１（Ｖ１ｃｈ）用の電極であり、電極１２２はチャンネル２（Ｖ２ｃｈ）用の電極である。また、電極１３１は、接地チャンネル１（ＧＮＤ１ｃｈ）用の電極であり、電極１３２は、接地チャンネル２（ＧＮＤ２ｃｈ）用の電極である。
　Ｖ１ｃｈの電極１２１と、ＧＮＤ１ｃｈの電極１３１は、ペアで使用されて前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、装着時に腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
　Ｖ２ｃｈの電極１２２と、ＧＮＤ２ｃｈの電極１３２についても、ペアで使用されて前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、周方向Ｈに対して右側部１０３の傾斜角度θ２と同じ角度θ２で、傾斜した状態で配置されたほぼ長方形の電極である。Ｖ２ｃｈの電極１２２とＧＮＤ２ｃｈの電極１３２とは、腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
　電極配置面１０４の中央部１０１には、中央部電極配置箇所１０６が用意され、５個の電極１２３，１２４，１２５，１２８，１３３が配置される。５個の電極１２３，１２４，１２５，１２８，１３３の内で、電極１２３はチャンネル３（Ｖ３ｃｈ）用の電極であり、電極１２４はチャンネル４（Ｖ４ｃｈ）用の電極であり、電極１２５はチャンネル５（Ｖ５ｃｈ）用の電極である。これら３個のＶ３ｃｈ，Ｖ４ｃｈ，Ｖ５ｃｈの電極１２３，１２４，１２５は、腕の長手方向に伸びて、腕の周方向にほぼ平行に並んで配置されている。また、電極１２８はチャンネル８（Ｖ８ｃｈ）用の電極である。このＶ８ｃｈの電極１２８は、腕の周方向に長く伸びた電極である。電極１３３は、接地チャンネル３，４，５，８（ＧＮＤ３，４，５，８ｃｈ）で共通に使用される電極である。
　Ｖ３ｃｈの電極１２３と、Ｖ４ｃｈの電極１２４と、Ｖ５ｃｈの電極１２５とは、それぞれのチャンネルごとに前腕のそれぞれ別の筋肉に刺激を与える電極であり、接地電極として電極１３３が共通に使用される。Ｖ３ｃｈ～Ｖ５ｃｈの３つの電極１２３，１２４，１２５は、腕の周方向Ｈに並んで配置され、この３つの電極１２３，１２４，１２５と長手方向Ｌに隣接して配置される共通の接地電極１３３は、腕の周方向Ｈに長く伸びた長方形の電極である。
　Ｖ８ｃｈの電極１２８は、接地電極１３３に隣接して、腕の周方向Ｈに長く伸びた長方形の電極である。接地電極１３３は、Ｖ８ｃｈの電極１２８の接地電位としても使用される。なお、Ｖ８ｃｈは予備に使用されるチャンネルであり、このＶ８ｃｈの電極１２８は、腕の周方向Ｈに長く伸びているため、腕の複数の筋肉に同時に刺激を与えることができる。
　電極配置面１０４の左側部１０２（図２中の右側）には、左側部電極配置箇所１０７が用意され、４個の電極１２６，１２７，１３６，１３７が配置される。４個の電極１２６，１２７，１３６，１３７の内で、電極１２６はチャンネル６（Ｖ６ｃｈ）用の電極であり、電極１２７はチャンネル７（Ｖ７ｃｈ）用の電極である。また、電極１３６は、接地チャンネル６（ＧＮＤ６ｃｈ）用の電極であり、電極１３７は、接地チャンネル７（ＧＮＤ７ｃｈ）用の電極である。
　Ｖ６ｃｈの電極１２６と、ＧＮＤ６ｃｈの電極１３６は、ペアで使用されて前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、周方向Ｈに対して左側部１０２の傾斜角度θ１と同じ角度θ１で、傾斜した状態で配置されたほぼ長方形の電極である。Ｖ７ｃｈの電極１２７とＧＮＤ７ｃｈの電極１３７とは、腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
　また、電極配置面１０４の右側部電極配置箇所１０５（図２中の左側）の近傍には、２個所に光学式距離センサー１４１，１４２が配置され、電極配置面１０４の中央部の電極配置箇所１０６の近傍には、４個所に光学式距離センサー１４３，１４４，１４５，１４６が配置され、電極配置面１０４の左側部電極配置箇所１０７の近傍には、２個所に光学式距離センサー１４７，１４８が配置される。これら８個の光学式距離センサー１４１～１４８は、ＩＲ１ｃｈ～ＩＲ８ｃｈの８チャンネルのセンサーである。
　ＩＲ１ｃｈ～ＩＲ８ｃｈの８チャンネルの光学式距離センサー１４１～１４８は、それぞれ赤外線発光素子１４１ａ～１４８ａと赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂ（図４参照）とで構成され、センサー配置面から腕の筋肉の表面までの距離の変化を検出する。
　なお、電極配置面１０４の電極配置箇所１０５，１０６，１０７を除く個所には、粘着性を有する樹脂材（不図示）が配置され、その樹脂材の粘着性で、電極配置面１０４を前腕に巻き付けた状態に装着できるようにしてある。
　それぞれのチャンネルの電極１２１～１２８，１３１～１３７が刺激する筋肉や、光学式距離センサー１４１～１４８が検出する筋肉の例については後述する（図５，図６参照）。
［２．電気刺激装置の装着例］
　図３は、本例の電気刺激装置を前腕に装着した例を示す。
　図３Ａに示すように、ユーザーの右腕の前腕ＲＡの手首寄りの個所に、シート状部材１００の電極配置面１０４（図２）の中央部１０１が触れた状態とする。このときには、図３Ａに示すように手のひらが上側となった位置とする。また、左側部１０２が手のひらの左側になり、右側部１０３が手のひらの右側になる位置関係とする。すなわち、ほぼＶ字形状をしたシート状部材１００の中央部１０１の上側１０１ａが、手のひら側を向くようにする。
　そして、ユーザーは、シート状部材１００の左側部１０２を、矢印Ｆ１で示すように手首に巻き付けると共に、シート状部材１００の右側部１０３を、矢印Ｆ２で示すように手首に巻き付ける作業を行う。
　このようにして、図３Ｂに示すように、電気刺激装置が前腕ＲＡに巻き付いた状態で装着される。このときには、電極配置面１０４に配置した粘着性を有する樹脂材の粘着性で、前腕ＲＡに巻き付いた状態が維持される。
　なお、樹脂材の粘着性だけで前腕ＲＡに巻き付いた状態とするのは一例であり、例えば左側部１０２の先端と右側部１０３の先端とに何らかのクリップ機構を設けて、両者が重なった状態で留まるようにしてもよい。
　このように本例の電気刺激装置は、シート状部材１００を前腕ＲＡに巻き付けて装着すするため、簡単に装着することができる。そして、シート状部材１００がほぼＶ字形状をしているため、ユーザーは装着方向が判りやすく、確実に図３Ｂに示すような決められた方向に装着できるようになる。
　なお、図３ではユーザーの右腕に電気刺激装置を装着する例を示したが、左腕に電気刺激装置を装着してもよい。
［３．電気刺激装置の内部の回路例］
　図４は、電気刺激装置の内部の回路例を示す。この回路は、例えば図１に示す回路収納ボックス１１０内に配置される。
　電気刺激装置は、演算処理部１５０を備え、この演算処理部１５０が外部から受信した指令に基づいて、各電極に供給する電気刺激信号を生成する。すなわち、演算処理部１５０は、光学式距離センサー１４１～１４８から得られた電圧信号を取り込むアナログ／デジタル変換器１５１と、電気刺激信号の生成制御を行う中央制御ユニット（ＣＰＵ）１５２とを備える。また、演算処理部１５０は、ＣＰＵ１５２による制御演算を行うために必要なソフトウェアなどが記憶されたＲＯＭ１５３、制御データなどを保持するＲＡＭ１５４、ＣＰＵ１５２から電極や各スイッチＳＷ１～ＳＷ４への指令を出力するインターフェイス部１５５、外部と無線通信を行う通信部１５６、加速度センサー１５８、及び方位センサー１５９を備える。演算処理部１５０を構成する上述の各要素は、内部バスで相互に通信が可能に接続されている。通信部１５６は、例えばBluetooth（登録商標）で近隣の機器と無線通信を行うものであり、アンテナ１５７が接続されている。加速度センサー１５８と方位センサー１５９は、腕の動きや向きを検出するセンサーである。方位センサー１５９としては、ジャイロセンサーや地磁気センサーなどが適用可能である。演算処理部１５０が備えるこれらのセンサーは一例であり、その他のセンサーを配置してもよい。あるいは、腕の動きや向きを検出するセンサーを配置しない構成としてもよい。
　この演算処理部１５０は、電極１２１～１２８への電気刺激信号の印加の制御を行うと共に、光学式距離センサー１４１～１４８の検出信号を判断する処理を行う。
　光学式距離センサー１４１～１４８は、赤外線発光素子１４１ａ～１４８ａと赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂとを備える。例えば、光学式距離センサー１４１は、赤外線発光素子１４１ａと赤外線受光素子１４１ｂとを備え、赤外線発光素子１４１ａからユーザーの前腕の表面に照射した赤外線の反射光を赤外線受光素子１４１ｂが検出して、光学式距離センサー１４１から前腕の表面までの距離の変化を示す検出信号を出力する。
　これらの赤外線発光素子１４１ａ～１４８ａには、選択的に直流電源Ｖｃｃが供給される。すなわち、スイッチＳＷ１により選択的にいずれか１つの赤外線発光素子（図４では素子１４１ａ）が抵抗器Ｒ１を介して接地電位側に接続され、その選択された赤外線発光素子１４１ａが赤外線信号を出力する。
　また、スイッチＳＷ１の切り替わりに連動して、赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂを選択するスイッチＳＷ２についても切り替わり、選択された赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂで得た検出信号を、アナログ／デジタル変換器１５１に供給する。
　各赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂにも直流電源Ｖｃｃが供給され、それぞれの赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂ毎に用意された抵抗器Ｒ２ａ～Ｒ２ｈを介して接地電位側に接続される。そして、各赤外線受光素子１４１ｂ～１４８ｂと各抵抗器Ｒ２ａ～Ｒ２ｈとの接続点に得られる検出信号が、スイッチＳＷ２を介してアナログ／デジタル変換器１５１側に供給される。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＣＰＵ１５２からインターフェイス部１５５を介して供給される指示によって切り替えられる。
　アナログ／デジタル変換器１５１でデジタルデータに変換された検出信号は、ＣＰＵ１５２の制御下でＲＡＭ１５４に記憶される。この光学式距離センサー１４１～１４８から得られたデータは、電極１２１～１２８を使った筋肉の動きが正しく行われることをモニターするために使用される。この筋肉の動きのモニターは、ユーザーが電気刺激装置を前腕に装着した際に、各電極１２１～１２８とユーザーの前腕の筋肉との対応を調べるキャリブレーション作業時に使用される。また、後述する図７のような実際の使用時においても、そのときの電気刺激信号の印加で手や指が動いているかどうか判断するために使用される。
　ＣＰＵ１５２からインターフェイス部１５５を介して出力される電気刺激信号の印加指示は、駆動回路１６１に供給される。駆動回路１６１は、指示された電圧の電気刺激信号を生成して、スイッチＳＷ３がオンの間に、スイッチＳＷ４で選択された電極１２１～１２８のいずれかに、生成された電気刺激信号を印加する。スイッチＳＷ３は、電気刺激信号を印加する期間を設定するスイッチであり、スイッチＳＷ４は、電気刺激信号を印加する電極１２１～１２８を選択するスイッチであり、いずれもＣＰＵ１５２からインターフェイス部１５５を介して出力される指示により切り替えられるものである。
　各電極１２１～１２８に対向した接地電極１３１～１３３，１３６，１３７は、接地電位側に接続される。
［４．各電極が刺激する筋の例］
　図５～図８は、電気刺激装置の電極配置面１０４に配置された電極１２１～１２８で刺激する筋肉の例を示す。図５は、電気刺激装置を装着した前腕（右腕）の手のひら側の筋を示し、図６は同じ腕の電気刺激装置を装着していない状態を示す。図７は、電気刺激装置を装着した前腕（右腕）の手の甲側の筋肉を示し、図８は同じ腕の電気刺激装置を装着していない状態を示す。
　図５及び図７では、既に説明した装着例（図３）で説明したように、前腕の手のひら側を上に向けた状態で、電気刺激装置のシート状部材１００の中央部１０１が上側になるように前腕に装着したときの、各筋肉と電極１２１～１２８及び光学式距離センサー１４１～１４８の位置関係の例を示す。ここでは、それぞれの電極に割り当てたチャンネル（Ｖ１ｃｈ、Ｖ２ｃｈなど）で示す。
　まず、図５を参照して、前腕の手のひら側の筋を説明すると、Ｖ３ｃｈの電極は、撓側手根屈筋Ｍ１と接する位置に配置される。撓側手根屈筋Ｍ１は、手を曲げたり、手を体軸から離す動きを制御する筋肉である。
　Ｖ４ｃｈの電極は、人差し指と繋がった筋Ｍ２と接する位置に配置される。Ｖ５ｃｈの電極は、中指と繋がった筋Ｍ３と接する位置に配置される。これらの筋Ｍ２，Ｍ３は、手の浅指屈筋に相当し、それぞれの指を動かす筋肉である。
　また、Ｖ８ｃｈの電極は、これら全ての筋Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と接する位置に配置される。
　また、筋肉の動きを検出する光学式距離センサーについては、ＩＲ３ｃｈ～ＩＲ６ｃｈの４つの光学式距離センサーが、これらの筋Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の動きを検出する。
　図６は、電気刺激装置が装着されていない状態での、これらの筋Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の様子を参考に示す。
　次に、図７を参照して、前腕の手の甲側の筋肉を説明すると、Ｖ２ｃｈの電極は、長母指外転筋Ｍ１１と接する位置に配置される。この長母指外転筋Ｍ１１は、親指を伸ばしたり、手の軸から親指を離す動作を制御する筋肉である。
　Ｖ１ｃｈの電極は、総指伸筋Ｍ１２と接する位置に配置される。この総指伸筋Ｍ１２は、親指以外の手指を伸ばしたり、手を伸ばす動作を制御する。
　Ｖ７ｃｈの電極は、小指伸筋Ｍ１３と接する位置に配置される。この小指伸筋Ｍ１３は、小指を伸ばす動作を制御する。
　Ｖ６ｃｈの電極は、尺側手根伸筋Ｍ１４と接する位置に配置される。この尺側手根伸筋Ｍ１４は、手をそらしたり体軸方向に動かす動作を制御する筋肉である。
　また、筋肉の動きを検出する光学式距離センサーとしては、ＩＲ１ｃｈ，ＩＲ２ｃｈ，ＩＲ７ｃｈ，ＩＲ８ｃｈの４つの光学式距離センサーが設けられ、これらの４個の光学式距離センサーが筋Ｍ１１～Ｍ１４の動きを検出する。
　図８は、電気刺激装置が装着されていない状態での、これらの筋Ｍ１１～Ｍ１４の様子を参考に示す。
　なお、本例の電気刺激装置は、シート状部材１００がほぼＶ字形状であるため、図５に示すように手のひら側の筋を刺激する電極が配置された中央部電極配置箇所１０６は、手首に近い場所に位置し、図７に示すように手の甲側の筋を刺激する電極が配置された右側部電極配置箇所１０５及び左側部電極配置箇所１０７については、手首から離れた場所に位置する。したがって、それぞれの箇所１０５，１０６，１０７の近傍に配置された光学式距離センサー１４１～１４８が、それぞれの筋の動きをほぼ理想的な位置で検出できるようになる効果を有する。
　この図５及び図７に示す筋肉と各チャンネルの電極１２１～１２８及び光学式距離センサー１４１～１４８の配置は一例であり、必ずしもそれぞれの電極１２１～１２８が各筋Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１～Ｍ１４と一致するとは限らない。しかしながら、本例の電極配置としたことで、ユーザーの前腕の筋肉にそれなりの個体差があったとしても、かなりの精度で各電極１２１～１２８と各筋との位置を一致させることができる。
　特に、前腕の筋肉の内で、図８に示すように長母指外転筋Ｍ１１や尺側手根伸筋Ｍ１４のような横方向に位置する筋は、太さや位置に個体差が非常に大きいという問題があった。特に、筋肉を鍛えている人は指先近くまで筋が発達するが、鍛えていない人は、肘近くまでしか発達しないという個体差がある。
　ここで、従来の電極配置では、１つの電極がこれらの筋Ｍ１１，Ｍ１４と接した位置に正確に一致させるのは困難であった。これに対して本例の場合には、これらの筋Ｍ１１，Ｍ１４に対応した電極（Ｖ２ｃｈ，Ｖ６ｃｈ）１２２，１２６として、所定の角度θ１，θ２で傾斜した細長い四角形状の電極としたことで、個体差があっても電極１２２，１２６が、筋Ｍ１１，Ｍ１４と接するようになり、これらの筋Ｍ１１，Ｍ１４を良好に刺激できるようになる。特に、角度θ１，θ２として、３２°±５°の角度とすることで、電極１２２，１２６が様々な発達状況の筋Ｍ１１，Ｍ１４と良好に接することが実験で確かめられた。但し、３２°±５°の角度とするのは一例であり、９０°以内の所定の角度で傾斜した配置とすることで、その傾斜角度に応じて横方向の筋との接触状況が良好になる効果がある。
　このように装着するユーザーの腕の太さや筋肉の位置に相違があっても、各チャンネルの電極１２１～１２８が、ユーザーの腕のそれぞれの筋Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１～Ｍ１４に対応した位置にほぼ正確に配置される。このため、本例の電気刺激装置は、各チャンネルの電極と筋との対応を事前に測定するキャリブレーション作業を行わなくても、目的とする筋の刺激ができるようになる。また、キャリブレーション作業を行う場合でも、ターゲットとする筋が動くかどうかを確かめる程度の比較的簡単なキャリブレーション作業を行うだけでよい。
　また、本例の電気刺激装置は、各電極の周囲に光学式距離センサー１４１～１４８を配置したため、電気刺激装置の各電極１２１～１２８から電気刺激信号を与えたときの筋肉の動きを光学式距離センサー１４１～１４８で直接検出することができ、筋肉の動きをモニターしながら電極に電気刺激信号を与えることが可能になる。上述したキャリブレーション作業を行う際には、これらの光学式距離センサー１４１～１４８の検出信号を使用することができる。
　また、本例の電気刺激装置は、腕の周方向に長く伸びたＶ８ｃｈの電極１２８を用意したことで、Ｖ３ｃｈ～Ｖ５ｃｈの電極１２３～１２５による個別の筋肉の刺激が上手くできない状況でも、Ｖ８ｃｈの電極１２８を使って目的とする筋肉の刺激できるようになる。すなわち、本例の電気刺激装置は、既に述べたように基本的にはそれほど厳密なキャリブレーション作業を行わなくても目的とする筋肉を良好に刺激できるが、様々な要因（装着者の汗、装着中のずれ等）で、電極１２３～１２５を使った刺激で筋肉が動かない状況も起こり得る。このような場合には、腕の周方向に長く伸びたＶ８ｃｈの電極１２８を使って広い範囲で刺激することで、目的とする筋肉を含む範囲を確実に刺激できるようになる。電極１２３～１２５による刺激で筋肉が動かないことは、電極１２３～１２５の周囲の光学式距離センサー１４３～１４６の検出信号から検出でき、そのような場合にＶ８ｃｈの電極１２８を使えばよい。
［５．電気刺激装置の使用例］
　図９は、本例の電気刺激装置の使用例を示す。
　図９の例では、ユーザーの右腕の前腕ＲＡに電気刺激装置を装着したものである。さらにユーザーは、ヘッドマウントディスプレイ２００を装着し、仮想映像再生装置３００から無線伝送される仮想映像を、ヘッドマウントディスプレイ２００が表示する。
　また、仮想映像再生装置３００は、ヘッドマウントディスプレイ２００での映像の表示に連動して、電気刺激装置からユーザーの前腕ＲＡの特定の筋肉に与える電気刺激信号の発生タイミングを指示する。
　例えば、図９に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２００は、ユーザーの右手の指の上に小鳥Ｂの映像を表示させる。このとき、仮想映像再生装置３００からの指示で、電気刺激装置は、シート状部材１００に配置された電極１２１～１２８の内の特定の電極から、前腕ＲＡに電気刺激信号を印加する。このとき電気刺激信号を印加する特定の電極は、ユーザーから見て小鳥Ｂが乗ったように見える指ｆ１を動かす筋肉を刺激する電極である。
　この電気刺激信号の印加で、指ｆ１が下に移動する動きＤ１をする。この動きＤ１は、電気刺激信号の印加により行われるものであるため、ユーザーの意志とは無関係な動きである。したがって、ユーザーから見ると、小鳥Ｂが乗ったことによる重みで指ｆ１が動いたと錯覚し、ヘッドマウントディスプレイ２００で提示される仮想映像に没入でできるようになる。
　また、映像で表示された小鳥Ｂが指ｆ１から飛び立ったとき、指ｆ１を動きＤ１とは逆の方向（上側）に動かすことで、ユーザーは小鳥が飛び立ったことが指ｆ１の感覚で感じられるようになる。
　図９では１つの指ｆ１の動きを示したが、図５及び図７で説明した各筋への電気刺激信号の印加で、それぞれの筋が持つ役割に応じた指や手の動きが実現できるようになる。
［６．バンド部材に適用した例］
　図１の例では、ほぼＶ字形状のシート状部材１００を腕に巻き付けてユーザーの腕に装着するものとしたが、シート状部材１００とは異なる形状の部材を腕に巻き付けるようにしてもよい。
　図１０及び図１１は、環状に形成されたバンド形状の部材４００に、電極を配置した例を示す。
　図１０の例では、環状のバンド形状の部材４００を用意し、その部材４００の内面４０１に、電極１２１～１２８と接地電極１３１～１３３，１３６，１３７と光学式距離センサー１４１～１４８とを配置する。
　各電極１２１～１２８，１３１～１３３，１３６，１３７と光学式距離センサー１４１～１４８の配置状態については、図２に示すシート状部材１００の電極配置とほぼ同じように配置する。すなわち、図１１にバンド形状の部材４００の内面４０１を展開して示すように、右側部電極配置箇所１０５と中央部電極配置箇所１０６と左側部電極配置箇所１０７とを内面４０１に配置し、それぞれの配置箇所１０５～１０７内に、図２の例と同様に各電極１２１～１２８，１３１～１３３，１３６，１３７を配置する。さらに各配置箇所１０５～１０７の周囲に、光学式距離センサー１４１～１４８を配置する。
　右側部電極配置箇所１０５と左側部電極配置箇所１０７に斜めに傾斜した電極１２２，１３２，１２６，１３６の傾斜角度θ１，θ２についても、図２に示すθ１，θ２と同様に、３２°±５°の角度とするのが好ましい。
　この図１０，図１１に示すバンド形状の部材４００による電気刺激装置の場合にも、図１例の電気刺激装置と同様の効果が得られる。
［７．その他の変形例］
　なお、上述した実施の形態例の電気刺激装置は、好適な一例を示したものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変形・変更が可能である。
　例えば、図１の例では、シート状部材１００と回路収納ボックス１１０とは一体に構成した。これに対して、シート状部材１００と回路収納ボックス１１０とを着脱自在に構成し、シート状部材１００に配置した粘着性を有する樹脂材が劣化した際に、シート状部材１００を交換するようにしてもよい。
　図１の例のように回路収納ボックス１１０をシート状部材１００の表面の中央に配置するのも一例であり、その他の箇所に取り付けるようにしてもよい。
　また、図２の例や図１０の例の電極配置は、手の全ての指や手全体の動きを行うための配置であり、例えば特定の１つの指の動きや、手全体の動きなどのような特定の動きが要求される場合には、いずれか１つ又は限られた数の電極だけを配置してもよい。
　また、図２の例の電極配置の内で、Ｖ８ｃｈの電極１２８については予備の電極であり、Ｖ３ｃｈ～Ｖ５ｃｈの電極１２３～１２５で指などが動かない場合に使用される電極である。したがって、使用形態によってはＶ８ｃｈの電極１２８は配置しない構成でもよい。
　また、上述した図１，図２の例では、電気刺激装置のシート状部材１００をほぼＶ字形状としたが、図１０の例で説明したように、電極を配置する部材そのものはＶ字形状でなくてもよい。図２に示すように特定の電極１２２，１２６と接地電極１３２，１３６が傾斜した状態で比較的長い帯状の電極であれば、上述したように、ユーザーに個体差があってもターゲットとする筋肉を刺激できるようになる効果を持つ。上述した図１０では、Ｖ字形状でない例を１つ示すが、電極を配置する部材は、これらの図示した例とは異なる形状としてもよい。
　但し、シート状部材１００が図１に示すようにほぼＶ字形状であれば、前腕に装着する際の装着方向が判りやすいという効果があり、Ｖ字形状のように前後方向が判りやすい形状であることが好ましい。
　また、上述した実施の形態例では、光学式距離センサー１４１～１４８として、赤外線センサーを使用したが、他の方式の距離センサーを使用して筋の動きを検出するようにしてもよい。
　また、図４に示す回路例では、電気刺激装置は通信部１５６を内蔵して、外部からの指示を無線で受信するようにしたが、有線ケーブルで接続された外部機器から筋肉を動かす指示を受信するようにしてもよい。あるいは、電気刺激装置そのものが、周囲の状況を判断して電気刺激信号を印加するようにしてもよい。
　１００…シート状部材、１０１…中央部、１０１ａ…中央部上側、１０２…左側部、１０３…右側部、１０４…電極配置面、１０５…右側部電極配置箇所、１０６…中央部電極配置箇所、１０７…左側部電極配置箇所、１１０…回路収納ボックス、１１１…接続端子、１２１～１２８…電極、１３１～１３３，１３６，１３７…接地電極、１４１～１４８…光学式距離センサー、１５０…演算処理部、１５１…アナログ／デジタル変換器、１５２…中央制御ユニット（ＣＰＵ）、１５３…ＲＯＭ、１５４…ＲＡＭ、１５５…インターフェイス部、１５６…通信部、１５７…アンテナ、１５８…加速度センサー、１５９…方位センサー、１６１…駆動回路、２００…ヘッドマウントディスプレイ、３００…仮想映像再生装置、４００…バンド形状の部材、４０１…内面

Claims (4)

  1. 　ユーザーの腕に巻き付けられる部材と、
    　前記部材の一方の面に配置した複数の電極と、
    　前記部材の一方の面に配置した複数の光学式距離センサーとを備え、
    　電気刺激発生回路から出力される電気刺激信号を、前記複数の電極の内の特定の電極から前記ユーザーに与えて、前記特定の電極と対向した位置の腕の筋肉に刺激を与えると共に、前記複数の光学式距離センサーで腕の筋肉の変位を検出するようにした電気刺激装置であり、
    　前記複数の電極の内の少なくとも１つの電極は、前記ユーザーの腕の周方向に対して、９０°未満の所定の角度で傾斜して配置したほぼ長方形の電極とした
    　電気刺激装置。
  2. 　前記複数の電極は、前記部材の特定位置の中央部電極配置箇所と、前記特定位置から前記周方向で左側の左側部電極配置箇所と、前記特定位置から前記周方向で右側の右側部電極配置箇所の少なくとも３カ所に分けて配置し、
    　前記左側部電極配置箇所に配置した少なくとも１つの電極と、前記右側部電極配置箇所に配置した少なくとも１つの電極とを、相互に逆方向に前記所定の角度で傾斜した状態で配置したほぼ長方形の電極とした
    　請求項１に記載の電気刺激装置。
  3. 　前記所定の角度は、３２°±５°に設定した
    　請求項２に記載の電気刺激装置。
  4. 　前記部材の中央部に配置した電極の少なくとも１つは、前記ユーザーの腕の周方向に伸びた電極とした
    　請求項２に記載の電気刺激装置。
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