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技術 生体用電極の誘導装置

出願人 SMK株式会社
発明者 江尻孝一郎近藤晴彦
出願日 2017年3月2日 (3年11ヶ月経過) 出願番号 2017-039545
公開日 2018年9月20日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2018-143353
状態 未査定
技術分野 生体の電気現象及び電気的特性の測定・記録 電気治療装置
主要キーワード 密着位置 位置マップ 特定位 引き出しパターン 筋トレ 分布マップ 経過時間毎 刺激位置
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重要な関連分野

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図面 (7)

課題

生体表面内の随意筋や随意筋の神経筋接合部の位置をもとに、随意筋の生体表面に密着させる生体用電極を最適な密着位置誘導する生体用電極の誘導装置を提供する。

解決手段

生体表面の多数の位置に密着させた筋電検出電極において検出される筋活動電位から生体表面に対する随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出し、その相対位置情報を用いて随意筋の生体表面に密着させる生体用電極の密着位置を最適な位置へ誘導する。

概要

背景

随意筋随意運動をさせると筋に筋活動電位が生じ、筋活動電位が検出される体表面の位置や筋活動電位の伝搬速度等から、筋の組成や疲労などの活動状態を評価する評価システムが知られている。図5に示す従来の評価装置100では、筋110の体表面120に複数の筋電検出電極101を密着させて、各筋電検出電極101から筋活動電位を検出し、筋活動電位の筋線維110aに沿った伝搬速度(Muscle Fiber Conduction Velocity :MFCV)から筋の疲労度を評価している(非特許文献1)。

図5に示すように、随意筋を収縮させる際に発生する筋活動電位は、最初に中枢神経系からの運動指令電気的興奮として運動神経軸索112を伝わって神経筋接合部112aに達し、神経終末から放出されるアセチルコリンが神経筋接合部112aの筋線維側にある終板に作用してその終板に発生する。一般に神経筋接合部(終板)112aは、筋線維110aの中央にあるため、神経筋接合部112aにおいて発生した筋活動電位は、筋線維110aの中央から筋線維110aに沿った筋110の長手方向に沿ってその両側に向かって伝搬する。そこで評価装置100では、神経筋接合部112aから末梢側に向かう筋線維110aの方向に沿った体表面120の複数の位置に筋電検出電極101を密着させ、配列方向で隣り合う一組の筋電検出電極101、101から検出される筋活動電位の差分を一組の筋電検出電極が検出した筋活動電位とし、各組から検出した筋活動電位を横軸時間軸とした筋電図に表し、筋電図から筋活動電位の伝搬速度MFCVを得ている。

また、リハビリを目的として、筋に電気刺激信号を加えて筋を伸縮させてトレーニングするリハビリ支援システムが知られ、トレーニングする筋の体表面に複数の生体用電極を密着させ、各生体用電極を介して体表面内の筋へ電気刺激信号を加え、筋を強制的に伸縮させている。この電気刺激による筋のトレーニング効率や効果を評価する目的で、トレーニングする毎に電気刺激位置と電気刺激による患者の反応との関係を記録し、その経過から評価しているが、各トレーニングにおいて体表面の同一位置に生体用電極を密着させなければ正確に反応の変化を比較することができないので、特許文献1に記載のリハビリ支援システムでは、体表面へ生体用電極を密着させた位置を、身体の輪郭の三次元形状、身体に付けるマーク補助スケール、身体上の特徴点等から取得し、体表面を表す画像と共に生体用電極の密着位置を表示し、次の筋のトレーニングの際に、体表面の同じ位置に生体用電極を密着するように誘導している。

概要

生体表面内の随意筋や随意筋の神経筋接合部の位置をもとに、随意筋の生体表面に密着させる生体用電極を最適な密着位置に誘導する生体用電極の誘導装置を提供する。生体表面の多数の位置に密着させた筋電検出電極において検出される筋活動電位から生体表面に対する随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出し、その相対位置情報を用いて随意筋の生体表面に密着させる生体用電極の密着位置を最適な位置へ誘導する。

目的

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、生体表面に対する随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置から、随意筋の生体表面に密着させる生体用電極の密着位置を正確に誘導する生体用電極の誘導装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

次元平面上に分散する生体表面の各位置に密着し、それぞれ生体表面内の随意筋伸縮する際に発生する筋活動電位を検出する複数の筋電検出電極と、複数の各筋電検出電極が検出した筋活動電位の二次元平面に分散する筋電位分布及び/又は前記筋電位分布の時間的変化から、前記生体表面に対する前記随意筋及び/又は前記随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出する筋位置検出手段と、前記生体表面に対する前記随意筋及び/又は前記随意筋の神経筋接合部の相対位置情報を記憶する記憶手段と、前記随意筋の生体表面に密着させる生体用電極密着位置を前記相対位置情報を用いて誘導する誘導手段と、を備えたことを特徴とする生体用電極の誘導装置

請求項2

前記相対位置情報は、筋位置検出手段が相対位置を検出した前記随意筋及び/又は前記随意筋の神経筋接合部を、前記生体表面を表す画像に重ねて表示した筋位置表示マップ画像であることを特徴とする請求項1に記載の生体用電極の誘導装置。

請求項3

誘導手段は、前記随意筋の生体表面に生体用電極を接近させる状態の動画像撮像するカメラと、筋位置表示マップ画像と前記動画像とに共通して含まれる生体表面の特徴部分画像を一致させて、筋位置表示マップ画像と前記動画像を合成して合成動画像とする画像合成手段と、合成動画像を表示する表示装置と、を備えたことを特徴とする請求項2に記載の生体用電極の誘導装置。

請求項4

誘導手段は、前記相対位置情報を用いて、前記随意筋及び/又は前記随意筋の神経筋接合部を表す標識を、生体用電極を接近させる前記随意筋の生体表面上に表示することを特徴とする請求項1に記載の生体用電極の誘導装置。

請求項5

誘導手段は、前記相対位置情報を用いて、前記随意筋及び/又は前記随意筋の神経筋接合部と、前記随意筋の生体表面に接近させる生体用電極との距離を、音声又は表示により表すことを特徴とする請求項1に記載の生体用電極の誘導装置。

請求項6

筋位置検出手段は、前記生体表面に対する前記随意筋の相対位置を検出し、誘導手段は、それぞれ随意筋から発生する筋活動電位を検出する少なくとも一組の生体用電極を、随意筋の長手方向に沿った前記生体表面の異なる密着位置に誘導することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の生体用電極の誘導装置。

請求項7

筋位置検出手段は、前記生体表面に対する前記随意筋と前記随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出し、誘導手段は、前記少なくとも一組の生体用電極を、前記随意筋の神経筋接合部に対して前記随意筋の長手方向の一側の前記生体表面の密着位置に誘導することを特徴とする請求項6に記載の生体用電極の誘導装置。

技術分野

0001

本発明は、筋の体表面に密着する生体用電極から筋の活動電位を検出し、体表面内の筋の状態を検出する目的で、筋の体表面に生体用電極を密着させる生体用電極の誘導装置に関する。

背景技術

0002

随意筋随意運動をさせると筋に筋活動電位が生じ、筋活動電位が検出される体表面の位置や筋活動電位の伝搬速度等から、筋の組成や疲労などの活動状態を評価する評価システムが知られている。図5に示す従来の評価装置100では、筋110の体表面120に複数の筋電検出電極101を密着させて、各筋電検出電極101から筋活動電位を検出し、筋活動電位の筋線維110aに沿った伝搬速度(Muscle Fiber Conduction Velocity :MFCV)から筋の疲労度を評価している(非特許文献1)。

0003

図5に示すように、随意筋を収縮させる際に発生する筋活動電位は、最初に中枢神経系からの運動指令電気的興奮として運動神経軸索112を伝わって神経筋接合部112aに達し、神経終末から放出されるアセチルコリンが神経筋接合部112aの筋線維側にある終板に作用してその終板に発生する。一般に神経筋接合部(終板)112aは、筋線維110aの中央にあるため、神経筋接合部112aにおいて発生した筋活動電位は、筋線維110aの中央から筋線維110aに沿った筋110の長手方向に沿ってその両側に向かって伝搬する。そこで評価装置100では、神経筋接合部112aから末梢側に向かう筋線維110aの方向に沿った体表面120の複数の位置に筋電検出電極101を密着させ、配列方向で隣り合う一組の筋電検出電極101、101から検出される筋活動電位の差分を一組の筋電検出電極が検出した筋活動電位とし、各組から検出した筋活動電位を横軸時間軸とした筋電図に表し、筋電図から筋活動電位の伝搬速度MFCVを得ている。

0004

また、リハビリを目的として、筋に電気刺激信号を加えて筋を伸縮させてトレーニングするリハビリ支援システムが知られ、トレーニングする筋の体表面に複数の生体用電極を密着させ、各生体用電極を介して体表面内の筋へ電気刺激信号を加え、筋を強制的に伸縮させている。この電気刺激による筋のトレーニング効率や効果を評価する目的で、トレーニングする毎に電気刺激位置と電気刺激による患者の反応との関係を記録し、その経過から評価しているが、各トレーニングにおいて体表面の同一位置に生体用電極を密着させなければ正確に反応の変化を比較することができないので、特許文献1に記載のリハビリ支援システムでは、体表面へ生体用電極を密着させた位置を、身体の輪郭の三次元形状、身体に付けるマーク補助スケール、身体上の特徴点等から取得し、体表面を表す画像と共に生体用電極の密着位置を表示し、次の筋のトレーニングの際に、体表面の同じ位置に生体用電極を密着するように誘導している。

先行技術

0005

特開2015−228958号公報
西原 賢他著,専門リハビリテーション研究会2003年発行,専門リハビリテーション 第2巻43ページ

発明が解決しようとする課題

0006

評価装置100では、筋110に発生する筋活動電位は、筋110の体表面120に密着した筋電検出電極101から検出されるので、評価する筋110から離れた体表面120の位置に筋電検出電極101を密着すると、筋活動電位の検出レベルが低下して正確な筋電図を作成できない。そこで従来は、解剖学的な所見に基づく身体の体表面内の筋110の位置をもとに、評価する筋110の体表面120の位置に筋電検出電極101を密着させているが、個人差により筋110の位置や大きさや形状が異なり、同一人であっても、筋110の伸縮状態により形状が異なるものとなるので、筋110が存在する体表面120に正確に筋電検出電極101を密着させることができない。

0007

また、体表面下の筋110の大凡の位置を把握できたとしても、筋活動電位が最初に発生する神経筋接合部112aの位置や筋線維110aの方向まで正確に把握することができないので、筋110の体表面120に筋電検出電極101を密着させても、筋活動電位や筋活動電位の伝搬速度MFCVを検出できない場合がある。

0008

例えば、図6(a)に図示するように、隣り合う一組の筋電検出電極101a、101bが、神経筋接合部112aを挟む体表面120の両側の位置に密着していたとすると、一組の筋電検出電極101a、101bに表れる筋活動電位の差分から検出する筋活動電位は、いずれの筋電検出電極101a、101bが神経筋接合部112aに近いかによってその極性反転し、両者が等距離であればゼロとなり、結局、一組の筋電検出電極101a、101bから正確な筋活動電位を検出できない。

0009

また、図6(b)に図示するように、隣り合う一組の筋電検出電極101a、101bが、筋線維110aの走行方向である随意筋110の長手方向に沿って体表面120の位置に密着されていないと、各筋電検出電極101a、101bは、異なる筋線維110aに伝搬する筋活動電位を検出することになるので、一組の筋電検出電極101a、101bから筋活動電位を検出する検出時刻は正確ではなく、二組以上の各組の筋電検出電極101a、101bについての検出時刻の差から算定する筋活動電位の伝搬速度MFCVに誤差が生じる。

0010

また、特許文献1に記載のリハビリ支援システムでは、前回のトレーニングと同じ体表面の位置に筋刺激電極を密着するように誘導する誘導手段を備えているが、筋の位置や筋の長手方向を正確に知ることができないので、最もトレーニング効果のある体表面の刺激位置に筋刺激電極を密着させることができない。

0011

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、生体表面に対する随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置から、随意筋の生体表面に密着させる生体用電極の密着位置を正確に誘導する生体用電極の誘導装置を提供することを目的とする。

0012

また、筋線維の方向に沿った体表面に複数の生体用電極を密着させて、筋活動電位の伝搬速度MFCVを正確に検出することが可能な生体用電極の誘導装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

上述の目的を達成するため、請求項1に記載の生体用電極の誘導装置は、二次元平面上に分散する生体表面の各位置に密着し、それぞれ生体表面内の随意筋が伸縮する際に発生する筋活動電位を検出する複数の筋電検出電極と、複数の各筋電検出電極が検出した筋活動電位の二次元平面に分散する筋電位分布及び/又は筋電位分布の時間的変化から、生体表面に対する随意筋及び/又は随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出する筋位置検出手段と、生体表面に対する随意筋及び/又は随意筋の神経筋接合部の相対位置情報を記憶する記憶手段と、
随意筋の生体表面に密着させる生体用電極の密着位置を相対位置情報を用いて誘導する誘導手段と、を備えたことを特徴とする。

0014

複数の筋電検出電極は、二次元平面上に分散する生体表面の各位置に密着するので、筋位置検出手段は、複数の各筋電検出電極が検出した筋活動電位の二次元平面に分散する筋電位分布及び/又は筋電位分布の時間的変化から、生体表面に対する生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出できる。誘導手段は、この随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置情報を用いて、生体用電極の密着位置を誘導するので、筋活動電位や筋活動電位の伝搬速度を正確に検出可能な位置に生体用電極を密着させることができる。

0015

請求項2に記載の生体用電極の誘導装置は、相対位置情報は、筋位置検出手段が相対位置を検出した随意筋及び/又は随意筋の神経筋接合部を、生体表面を表す画像に重ねて表示した筋位置表示マップ画像であることを特徴とする。

0016

筋位置表示マップに生体表面を表す画像に生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部が表示される。

0017

請求項3に記載の生体用電極の誘導装置は、誘導手段は、随意筋の生体表面に生体用電極を接近させる状態の動画像撮像するカメラと、筋位置表示マップ画像と動画像とに共通して含まれる生体表面の特徴部分画像を一致させて、筋位置表示マップ画像と動画像を合成して合成動画像とする画像合成手段と、合成動画像を表示する表示装置と、を備えたことを特徴とする。

0018

合成動画像には、生体表面に対して、生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の位置が表示される筋位置表示マップ画像に重ねて密着させようとする生体用電極が表示される。

0019

請求項4に記載の生体用電極の誘導装置は、誘導手段が、相対位置情報を用いて、随意筋及び/又は随意筋の神経筋接合部を表す標識を、生体用電極を接近させる随意筋の生体表面上に表示することを特徴とする。

0020

生体表面上に生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の位置を表す標識が表示される。

0021

請求項5に記載の生体用電極の誘導装置は、誘導手段が、相対位置情報を用いて、随意筋及び/又は随意筋の神経筋接合部と、随意筋の生体表面に接近させる生体用電極との距離を、音声又は表示により表すことを特徴とする。

0022

随意筋や随意筋の神経筋接合部と生体表面に接近させる生体用電極との距離が音声又は表示により使用者に伝達される。

0023

請求項6に記載の生体用電極の誘導装置は、筋位置検出手段が、生体表面に対する随意筋の相対位置を検出し、誘導手段が、それぞれ随意筋から発生する筋活動電位を検出する少なくとも一組の生体用電極を、随意筋の長手方向に沿った生体表面の異なる密着位置に誘導することを特徴とする。

0024

随意筋の長手方向に沿った生体表面の異なる密着位置に誘導される一組の生体用電極は、同一の筋線維に沿って伝搬する筋活動電位を検出する。

0025

請求項7に記載の生体用電極の誘導装置は、筋位置検出手段が、生体表面に対する随意筋と随意筋の神経筋接合部の相対位置を検出し、誘導手段は、少なくとも一組の生体用電極を、随意筋の神経筋接合部に対して随意筋の長手方向の一側の生体表面の密着位置に誘導することを特徴とする。

0026

一組の生体用電極は、随意筋の神経筋接合部に対して随意筋の一側で随意筋の長手方向に沿った生体表面の異なる密着位置に誘導され、随意筋の神経筋接合部から筋線維に沿って同方向に伝搬する筋活動電位を検出する。従って、一組の生体用電極に表れる差分から検出する筋活動電位は、一組の生体用電極のうち、神経筋接合部に近い生体用電極に表れる筋活動電位と遠い生体用電極に表れる筋活動電位の差分から得られ、常に正確に一組の筋電検出電極から筋活動電位が検出される。

発明の効果

0027

請求項1の発明によれば、体表面に対する体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置を示す相対位置情報を用いて、随意筋の生体表面に密着させる生体用電極の密着位置を誘導するので、筋活動電位や筋活動電位の伝搬速度MFCVを正確に検出可能な位置へ生体用電極を密着させることができる。

0028

また、生体用電極を電気刺激信号を加える刺激電極として、体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の相対位置を示す相対位置情報を用いて、筋へ最も効果的に電気刺激を加えることが可能な体表面の位置へ刺激電極を密着させることができる。

0029

請求項2の発明によれば、生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の位置を目視確認できるので、筋の体表面の最適な位置へ生体用電極を密着させることが容易になる。

0030

請求項3の発明によれば、生体表面に対して、生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部と密着させる生体用電極が表示される合成動画像を見ながら、生体用電極の密着位置を確認できる。

0031

請求項4の発明によれば、生体表面上に生体表面下の随意筋や随意筋の神経筋接合部の位置を表す標識が表示されるので、筋の体表面の最適な位置へ生体用電極を密着させることが容易になる。

0032

請求項5の発明によれば、随意筋や随意筋の神経筋接合部と生体表面に接近させる生体用電極との距離が音声又は表示により使用者に伝達されるので、筋の体表面の最適な位置へ生体用電極を密着させることが容易になる。

0033

請求項6の発明によれば、一組の生体用電極は、随意筋の長手方向に沿った生体表面の異なる密着位置に誘導され、同一の筋線維に沿って伝搬する筋活動電位を検出することが可能となるので、一組の筋電検出電極から検出する筋活動電位の検出時刻に誤差が少なく、二組以上の各組の筋電検出電極についての検出時刻の差から正確な筋活動電位の伝搬速度MFCVが得られる。

0034

請求項7の発明によれば、一組の生体用電極の常に一方の生体用電極から順に、神経筋接合部から筋線維に沿って伝搬する筋活動電位が表れるので、一組の筋電検出電極から正確に筋活動電位を検出できる。

図面の簡単な説明

0035

本願発明の一実施の形態に係る生体用電極の誘導装置1のブロック図である。
位置情報処理装置10のブロック図である。
全ての筋電検出電極21(m,n)において検出される電位から筋位置検出部3が生成した筋電位分布マップ30である。
位置情報処理装置10で処理される画像を示し、(a)は、筋110の体表面120に貼り付けた電極シート20の静止画像p1を、(b)は、筋位置検出部3が検出した体表面120に対する筋110と神経筋接合部112aの相対位置をもとに、筋110の位置を表すマーク31aと神経筋接合部112aの位置を表すマーク31bを体表面120に重ねて表示した筋位置表示マップ画像p2を、(c)は、体表面120に接近させる生体用電極4を撮影した動画像p3を、(d)は、体表面120の輪郭を一致させて動画像p3に静止画像p2を合成した動画像p4を、を示す説明図である。
筋110の体表面120に密着させた複数の各筋電検出電極101から筋活動電位を検出する従来の評価装置100を示す模式図である。
隣り合う一組の筋電検出電極101a、101bが、(a)は、神経筋接合部112aを挟む体表面120の両側の位置に密着している状態を、(b)は、筋線維110aの走行方向に交差する体表面120の位置に密着している状態を、 それぞれ示す説明図である。

実施例

0036

本発明の一実施の形態に係る生体用電極の誘導装置1を図1乃至図4を用いて説明する。図1に示すように、生体用電極の誘導装置1は、筋110の生体表面120に密着させる64個の筋電検出電極21(m,n)が取付けられた電極シート20と、各筋電検出電極21(m,n)に表れる電位を接地電位と比較し、筋活動電位としてロガー15へ出力する64個の比較回路13、13・・と、各比較回路13、13・・から出力される筋活動電位を経過時間と共に記録するロガー15と、筋110の生体表面120を静止画動画で撮影するカメラ16と、ロガー15に記録された結果から生体表面120に対する筋110や筋110の神経筋接合部112aの相対位置を検出し、その相対位置情報をもとにカメラ16が撮像した動画像に筋110の位置を表すマーク31aと神経筋接合部112aの位置を表すマーク31bを加えた合成動画像を生成する位置情報処理装置10と、位置情報処理装置10で生成した合成動画像を表示する表示装置17とを備えている。

0037

電極シート20は、図1に示すように、PET等からなる可撓性の絶縁シートの底面側に、接地電位としたグランド電極5と、64個の筋電検出電極21(m,n)と、各筋電検出電極21(m,n)に接続する64本の引き出しパターン6とを印刷形成したフレキシブル印刷配線板で形成され、64個の筋電検出電極21(m,n)は、絶縁シートの底面の左上隅の1行1列の位置を除き、13行5列のマトリックス状の各位置に臨んでいる。64本の引き出しパターン6は、それぞれ各筋電検出電極21(m,n)から絶縁シートの四隅テール部にかけて配線され、接続ケーブルを介してそれぞれ64個の比較回路13、13・・の非反転入力に接続している。引き出しパターン6の体表面と対向する面はレジストで覆われ、体表面と絶縁されている。

0038

生体表面120に対する筋110や筋110の神経筋接合部112aの相対位置を検出する筋110を、ここでは例えば上腕筋110として、電極シート20は、上腕筋110が体表面下にあると推定される生体表面120を覆う形状に形成され、グランド電極5と64個の筋電検出電極21(m,n)が露出する部位を除いた底面の全体に形成される粘着層を、上腕筋110のある生体表面120に粘着させる。

0039

電極シート20の粘着層を生体表面120に粘着させることによって、64個の各筋電検出電極21(m,n)は、上腕筋110の生体表面120の分散した異なる位置にそれぞれ密着し、密着位置に表れる電位を比較回路13の非反転入力へ出力し、各比較回路13は、接地電位と比較した筋電検出電極21(m,n)に表れる電位をロガー15へ出力する。

0040

ロガー15は、比較回路13、13・・から出力される全ての筋電検出電極21(m,n)で検出される電位を記録し、一定の経過時間毎に記録した電位を位置情報処理装置10へ出力する。

0041

位置情報処理装置10は、図2に示すように、ロガー15から一定の経過時間毎に全ての筋電検出電極21(m,n)から検出される電位が入力される筋位置検出部3と、カメラ16から図4(a)に示す静止画像p1が入力される画像認識部7と、筋位置検出部3から入力される図4(b)に示す筋位置表示マップ画像p2を一次記憶する画像記憶部8と、カメラ16から入力される図4(c)に示す動画像p3に画像記憶部8から読み出す図4(b)に示す筋位置表示マップ画像p2を合成した図4(d)に示す合成動画像p4を表示装置17へ出力する画像合成部9を備えている。

0042

位置情報処理装置10の筋位置検出部3は、ロガー15から全ての筋電検出電極21(m,n)において検出される電位が入力される毎に、全ての筋電検出電極21(m,n)の密着位置と、その密着位置の筋電検出電極21(m,n)で検出される電位との関係を表した例えば図3に示すような筋電位分布マップ30を仮想生成する。

0043

上腕筋110を随意運動させると、上腕筋110の生体表面120に密着する筋電検出電極21(m,n)から筋活動電位が検出される。すなわち、筋活動電位は、上腕筋110の生体表面120に密着する筋電検出電極21(m,n)において、上腕筋110から筋電検出電極21(m,n)の密着位置までの距離に応じたレベルで検出され、上腕筋110から外れた生体表面120の位置に密着する筋電検出電極21(m,n)からは検出されない。従って、筋位置検出部3は、上腕筋110を随意運動させている間に、全ての筋電検出電極21(m,n)で検出される電位をもとに仮想生成される筋電位分布マップ30をもとに、生体表面120の電極シート20を粘着させた位置に対する上腕筋110の相対位置を検出することができる。

0044

また、上腕筋110を随意運動させている間に、神経筋接合部112aに発生する筋活動電位は、上腕筋110の筋線維110aに沿って伝搬するので、筋活動電位が伝搬する筋線維110aに沿った生体表面120の異なる位置に密着する筋電検出電極21(m,n)において順次筋活動電位が検出される。従って、筋位置検出部3は、上腕筋110を随意運動させている間に、ロガー15から一定の経過時間毎に入力される全ての筋電検出電極21(m,n)が検出した電位を比較し、仮想生成される筋電位分布マップ30の変化から、生体表面120の電極シート20を粘着させた位置に対する神経筋接合部112aの相対位置や、上腕筋110の筋線維110aの走行方向を検出することができる。

0045

カメラ16は、静止画像を撮影する静止画モードと、動画像を撮影する動画モードで動作し、静止画モードでは、電極シート20を上腕筋110の生体表面120に密着させた状態を撮影した静止画p1を位置情報処理装置10の画像認識部7へ出力する。画像認識部7は、入力された静止画p1から上腕筋110の生体表面120の輪郭と、生体表面120に対する電極シート20の粘着位置の関係を表す特徴部分を抽出し、筋位置検出部3へ出力する。

0046

筋位置検出部3は、上述したように、筋電位分布マップ30から、生体表面120に粘着させた電極シート20に対する上腕筋110及び神経筋接合部112aの相対位置と、上腕筋110の筋線維110aの走行方向を検出できるので、画像認識部7から入力される生体表面120に対する電極シート20の位置を表す特徴部分を用いて、共通する電極シート20を介して生体表面120に対する上腕筋110及び神経筋接合部112aの相対位置と、上腕筋110の筋線維110aの走行方向を検出できる。そこで、筋位置検出部3は、この検出した相対位置情報を用いて、画像認識部7から入力される上腕筋110の生体表面120の輪郭内に、上腕筋110の輪郭と走行方向(長手方向)を表すマーク31aと神経筋接合部112aの位置を表すマーク31bを加えた筋位置マップ画像p2を生成し、画像記憶部8へ出力する。

0047

上腕筋110の生体表面120の輪郭内にマーク31aとマーク31bが表示された筋位置マップ画像p2は、生体表面120に対する上腕筋110や神経筋接合部112aの相対位置を表す相対位置情報であるので、画像記憶部8は、筋位置マップ画像p2を上腕筋相対位置情報として記憶する。

0048

電極シート20を他の随意筋110が生体表面下に存在する生体表面120へ移せば、同様の方法で生体表面120に対してその随意筋110の相対位置を表す筋位置マップ画像p2が得られるので、画像記憶部8に、各種随意筋110毎の相対位置情報を記憶させることができる。所望の随意筋110についての相対位置情報を画像記憶部8へ記憶させた後は、電極シート20と位置情報処理装置10との接続を解除してもよい。

0049

筋相対位置情報を記憶させた筋110の生体表面120に生体用電極4を密着させる場合には、カメラ16を動画モードとして、生体表面120に接近させる生体用電極4を動画像で撮影する。ここでは、例えば、上腕筋110に電気刺激信号を加えて筋トレニングする目的で、一組の刺激電極とグランド電極となる3枚の生体用電極4、4、4を上腕筋110の位置を確認しながら生体表面120に密着させるものとし、動画モードとしたカメラ16で上腕筋110の生体表面120に生体用電極4を接近させる状態を撮影した図4(c)に示す動画像p3を位置情報処理部10の画像合成部9へ出力する。

0050

画像合成部9は、カメラ16から上腕筋110の生体表面120を撮影した動画像p3が入力されている間、同一の上腕筋110について画像記憶部8に記憶されている上腕筋相対位置情報である筋位置マップ画像p2を読み出し、両者に共通する生体表面120の特徴(例えば生体表面120の輪郭)を抽出して、抽出した特徴部分画像が一致するように動画像p3に筋位置マップ画像p2を重ね、図4(d)に示す合成動画像p4を生成する。

0051

画像合成部9で生成された合成動画像p4は、表示装置17に出力されて、表示装置17のディスプレー連続再生される。図4(d)に示すように、この合成動画像p4には、生体表面120内に上腕筋110の輪郭と長手方向を表すマーク31aと神経筋接合部112aの位置を表すマーク31bと、生体表面120へ接近させた生体用電極4が表示されるので、合成動画像p4の動画で上腕筋110や神経筋接合部112aに対する現在の生体用電極4の位置を操作者に確認させながら、生体用電極4を上腕筋110の生体用表面120の最適な位置へ密着させるように誘導することができる。

0052

例えば、本実施の形態のように、上腕筋110を筋トレーニングする目的で、一組の刺激電極とグランド電極となる3枚の生体用電極4、4、4を生体表面120に密着させるのであれば、表示装置17に表示される上腕筋110の輪郭の長手方向に沿った生体表面120の3カ所の位置に、陽極となる刺激電極、陰極となる刺激電極、グランド電極を順に密着する。

0053

また、筋110に発生する筋活動電位のレベルや筋活動電位の伝搬速度MFCVから筋110の組成や疲労度等を検出する場合には、表示装置17に表示される上腕筋110の輪郭と神経筋接合部112aの位置をもとに、神経筋接合部112aから上腕筋110の長手方向に沿った一方の生体表面120の異なる位置に、筋活動電位を検出する複数の生体用電極4を密着させる。

0054

上述の位置情報処理装置10の各部は、携帯電話機等のポータブル情報機器インストールされたアプリケーションソフトウェアを実行させて構成することができ、更に、位置情報処理装置10とカメラ16と表示装置17は、カメラ付きスマートフォーンで一体に構成できる。

0055

また、上述の実施の形態では、生体表面120に対する随意筋110や神経筋接合部112aの相対位置を表す相対位置情報を筋位置マップ画像p2として画像記憶部8に記憶させているが、相対位置を特定できれば、例えば、生体表面120の特定位置を原点とする位置座標で随意筋110や神経筋接合部112aの相対位置を表してもよい。

0056

また、上述の実施の形態では、筋位置マップ画像p2と生体用電極4を撮影した動画像p3を合成した動画像p4を表示装置17に表示して、生体用電極4の密着位置を誘導しているが、例えば、随意筋110や神経筋接合部112aの相対位置を表す相対位置情報をもとに、随意筋110や神経筋接合部112aの位置を生体表面120上に投影するなどで表示したり、随意筋110や神経筋接合部112aの位置と生体用電極4との距離を音声や数値で表示して使用者へ伝え、生体用電極4を最適な密着位置へ誘導するものであってもよい。

0057

また、筋位置検出部3では、生体表面120に対する随意筋110と神経筋接合部112aの相対位置及び筋線維110aの走行方向を検出しているが、その一部を検出して相対位置情報として記憶するものであってもよい。

0058

また、随意筋110や神経筋接合部112aの相対位置を検出するための筋電検出電極21(m,n)をマトリックス状の各位置に配設しているが、複数の筋電検出電極が生体表面120の分散した位置に密着し、各密着位置の生体表面120に対する相対位置を特定できれば、任意の位置に密着させることができる。

0059

本発明は、筋に電気刺激を加える目的で生体用電極を筋の生体表面へ生体用電極を密着させる筋トレーニングシステムに適している。

0060

1生体用電極の誘導装置
3 筋位置検出部(筋位置検出手段)
4 生体用電極
8画像記憶部(記憶手段)
10位置情報処理装置(誘導手段)
16カメラ(誘導手段)
17表示装置(誘導手段)
31a 筋110の位置を表すマーク(標識)
31b神経筋接合部112aの位置を表すマーク
110随意筋
110a筋線維
112a 神経筋接合部

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