(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーザが痛みを感じにくい筋電気刺激を実現することができる筋電気刺激装置を提供する。【解決手段】筋電気刺激装置１は、複数の電極２０に含まれる２つ以上の第１の電極に、ユーザに対して電気刺激を出力させる刺激制御部５３と、電気刺激が出力されているときにおける、複数の電極のそれぞれとユーザの皮膚との接触インピーダンス、複数の電極のそれぞれとユーザの皮膚との圧力、ユーザの姿勢の歪みおよび複数の電極のそれぞれとユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、複数の電極のそれぞれとユーザの皮膚との接触状態の変化を判定する接触状態判定部５４と、接触状態の変化がない電極に基づいて第２の電極を決定する電極パターン決定部５１と、第１の電極を、第２の電極に切り替える刺激電極切替部５２とを備え、刺激制御部５３は、第２の電極に、再度ユーザに対して電気刺激を出力させる。【選択図】図６
2018015435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極が配置されたウェアを装着したユーザの所定の筋肉に対して、前記複数の電極を用いて出力される電気刺激を制御する筋電気刺激装置であって、
前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極に、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる刺激制御部と、
前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態の変化を判定する接触状態判定部と、
前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する電極決定部と、
前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える刺激電極切替部とを備え、
前記刺激制御部は、前記２つ以上の第２の電極に、再度前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる
筋電気刺激装置。
【請求項２】
前記刺激制御部は、前記２つ以上の第１の電極および前記２つ以上の第２の電極のそれぞれに、互いに異なる周波数を有する電気刺激を出力させる
請求項１に記載の筋電気刺激装置。
【請求項３】
前記接触状態判定部は、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンスを計測し、計測した前記接触インピーダンスが所定値より大きい場合に、前記接触状態の変化があると判定する
請求項１に記載の筋電気刺激装置。
【請求項４】
前記接触状態判定部が接触インピーダンスを計測するときの電気刺激の周波数を第１の周波数とし、前記２つ以上の第２の電極を用いて出力する電気刺激の周波数を第２の周波数としたとき、
前記刺激制御部は、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを、所定値以上異なる値にする
請求項３に記載の筋電気刺激装置。
【請求項５】
前記接触状態判定部は、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触圧力を計測し、計測した前記接触圧力が所定値以下である場合に、前記接触状態の変化があると判定する
請求項１に記載の筋電気刺激装置。
【請求項６】
前記接触状態判定部において、前記複数の電極のそれぞれの時刻ごとの前記接触状態の変化を判定し、前記電極決定部において、時刻ごとに、前記電気刺激を出力する前記複数の電極の配置パターンを、全ての前記複数の電極で前記接触状態の変化がないと判定された前記複数の電極の配置パターンに決定する
請求項４または５に記載の筋電気刺激装置。
【請求項７】
前記時刻ごととは、前記接触状態判定部のサンプリング周期ごとである
請求項６に記載の筋電気刺激装置。
【請求項８】
前記ウェアを装着している部位の前記ユーザの関節角を計測する姿勢計測部をさらに備え、
あらかじめ前記ユーザの関節角ごとに前記接触状態を記録して、前記電気刺激を出力する前記複数の電極の配置パターンを、全ての前記複数の電極で前記接触状態の変化がないと判定された前記複数の電極の配置パターンに決定する
請求項５に記載の筋電気刺激装置。
【請求項９】
ユーザに装着され、複数の電極が配置されたウェアと、
前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極に、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる刺激制御部と、
前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態の変化を判定する接触状態判定部と、
前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する電極決定部と、
前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える刺激電極切替部とを備え、
前記刺激制御部は、前記２つ以上の第２の電極に、再度前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる
筋電気刺激システム。
【請求項１０】
前記刺激制御部は、前記２つ以上の第１の電極および前記２つ以上の第２の電極のそれぞれに、互いに異なる周波数を有する電気刺激を出力させる
請求項９に記載の筋電気刺激システム。
【請求項１１】
前記接触状態判定部は、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンスを計測し、計測した前記接触インピーダンスが所定値より大きい場合に、前記接触状態の変化があると判定する
請求項９に記載の筋電気刺激システム。
【請求項１２】
前記接触状態判定部が接触インピーダンスを計測するときの電気刺激の周波数を第１の周波数とし、前記２つ以上の第２の電極を用いて出力する電気刺激の周波数を第２の周波数としたとき、
前記刺激制御部は、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを、所定値以上異なる値にする
請求項１１に記載の筋電気刺激システム。
【請求項１３】
複数の電極が配置されたウェアを装着したユーザの所定の筋肉に対して、前記複数の電極から電気刺激を出力する筋電気刺激方法において、
前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極を用いて、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力する第１の出力ステップと、
前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態を判定する接触状態判定ステップと、
前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する決定ステップと、
前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える切替ステップと、
前記２つ以上の第２の電極を用いて、再度、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力する第２の出力ステップとを含む、
筋電気刺激方法。
【請求項１４】
前記接触状態判定ステップにおいて、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンスを計測し、計測した前記接触インピーダンスが所定値より大きい場合に、前記接触状態の変化があると判定する
請求項１３に記載の筋電気刺激方法。
【請求項１５】
前記接触状態判定ステップにおいて、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触圧力を計測し、計測した前記接触圧力が所定値以下である場合に、前記接触状態の変化があると判定する
請求項１３に記載の筋電気刺激方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の筋電気刺激方法をコンピュータに実行させるための
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋電気刺激装置、筋電気刺激システム等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外部装置により生体に電気刺激を印加すると、筋肉が収縮する。このような筋収縮を誘発するための電気刺激は、筋電気刺激（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍａｓｃｕｌａｒ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ：ＥＭＳ）と呼ばれる。筋電気刺激装置は、例えば、生体の表面に貼り付けた電極から生体に対して筋電気刺激を与えるものである。
【０００３】
筋電気刺激の目的の１つは、ユーザに筋電気刺激を与えることにより、少ない負担で運動をさせることにある。特許文献１では、大腿部に対して４−２０Ｈｚのパルス状の電気刺激を印加することで筋収縮を誘発し筋肥大をさせる技術が開示されている。筋電気刺激装置を用いることで、ユーザは、心肺や関節に負担をかけずに運動ができる。したがって筋電気刺激装置は、特に整形外科的疾患、糖尿病性合併症や心血管系合併症などの臓器障害のあるユーザに対して効果的であるとされている。
【０００４】
なお、刺激電極と皮膚の接触インピーダンスは、ユーザが筋電気刺激に対して感じる痛みと関連し、接触インピーダンスが高くなれば、痛みは増大することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０７２４３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、たとえばウェアに組み込まれた電極のように、皮膚との接触状態が安定しない電極を用いて筋電気刺激を行う場合には、自発的な運動または筋電気刺激によって誘発された運動により、電極と皮膚との接触インピーダンスが変動するため、ユーザが痛みを感じる場合があるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するもので、ユーザが痛みを感じにくい筋電気刺激を実現することができる筋電気刺激装置、筋電気刺激システム、筋電気刺激方法等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】
【０００８】
本発明の一態様にかかる筋電気刺激装置は、前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極に、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる刺激制御部と、前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態の変化を判定する接触状態判定部と、前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する電極決定部と、前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える刺激電極切替部とを備え、前記刺激制御部は、前記２つ以上の第２の電極に、再度前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の筋電気刺激装置によれば、動的に刺激電極を切り替えて、常に接触インピーダンスが低い電極ペアから筋電気刺激を出力可能になるため、ユーザが痛みを感じにくい筋電気刺激が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】被刺激体における電極配置と干渉波生成領域との一例を示す概略図である。
【図２】特定の筋電気刺激を印加した際の接触インピーダンスの変化を仮想的に示す図である。
【図３】電極配置パターンを示すテーブルの一例である。
【図４】電極配置パターンを示すテーブルを時系列に沿って並べた一例である。
【図５】実施の形態１にかかる筋電気刺激システムの構成を示す概略図である。
【図６】実施の形態１にかかる筋電気刺激システムの構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１にかかる筋電気刺激システムの処理を示すフローチャートである。
【図８】図７に示した筋電気刺激システムの処理の一部の詳細を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２にかかる筋電気刺激システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２にかかる筋電気刺激システムのウェアの構成を示す概略図である。
【図１１】実施の形態２にかかる筋電気刺激システムの処理を示すフローチャートである。
【図１２】図１１に示した筋電気刺激システムの処理の一部の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】立ち上がり動作時のユーザの姿勢を示す模式図である。
【図１４】立ち上がり動作時のユーザ股関節角度と接触圧力との関係を示す図である。
【図１５】ウェアにおける電極の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（定義）
初めに、本実施の形態において使用する用語を定義する。
【００１２】
接触インピーダンスとは、筋電気刺激を出力する電極と皮膚とのインピーダンスである。接触インピーダンスが低いほど、電極と皮膚とが密着していることを表す。
【００１３】
ウェアとは、ユーザが着用するだけで複数の電極を皮膚に接触させられるよう、ユーザの皮膚と接触するウェアの内面に電極が組み込まれたウェアである。電極の素材には、たとえば導電性の布や繊維等が用いられるものとする。ウェアは、あらかじめウェアに配置した多数の電極を一度に装着できるという利点がある。
【００１４】
干渉電流型筋電気刺激とは、周波数の異なる２つ以上の電流刺激を生体内で干渉させ、干渉波が生成された領域（干渉波生成領域）の神経を刺激する筋電気刺激の手法の一つである。
【００１５】
電極ずれとは、電極の電極面とユーザの皮膚との接触状態を表すパラメータの一種であり、電極の電極面とユーザの皮膚とのずれのことをいう。詳細には、ユーザの皮膚に対する電極の電極面の接触位置の変化をいう。したがって、電極ずれが生じている場合には、電極の電極面とユーザの皮膚との接触状態は変化しているといえる。
【００１６】
（概要）
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る筋電気刺激装置、筋電気刺激システム、及び筋電気刺激方法は、筋電気刺激の最中に電極の接触インピーダンスを計測し、自発運動や誘発運動による接触インピーダンスの変動を受けない電極に動的に刺激電極を切り替える。
【００１７】
本願発明者らは、ユーザの運動によって接触インピーダンスが変動するが、多数の電極を配置できるというウェアの特徴と、所定部位の神経を刺激するための電極配置パターンおよび電流値のパターンがいくつも存在するという干渉電流型筋電気刺激の特性に着眼し、筋電気刺激中に接触インピーダンスが低い電極ペアに動的に刺激電極を切り替えるという制御方法に想到した。
【００１８】
筋電気刺激を印加すると筋が収縮し、運動が誘発される。誘発運動により、皮膚と電極との接触状態が変動する。皮膚と電極との接触インピーダンスが高くなれば、筋電気刺激によってユーザが痛みを感じるという問題が発生する。
【００１９】
従来は、筋電気刺激用の電極として、たとえば粘着性のある導電性ゲルシート等が用いられていた。導電性ゲルシート等を電極として用いると皮膚表面の動きに追随して電極も動くことから、誘発運動による電極と皮膚の接触状態の変動は小さかった。しかしながら、導電性の布や繊維を電極として用いるウェアでは、着用の手軽さの観点から電極面やその周辺に粘着性の素材を用いることは難しい。そのため、誘発運動によって電極と皮膚に圧力変化やずれが生じ、接触インピーダンスが大きく変動すると考えられる。
【００２０】
筋電気刺激の手法は、２つに大別される。一つ目は、神経が反応する１ｋＨｚ以下の周波数を用いて直接的に刺激を行う低周波筋電気刺激である。浅層の筋肉を刺激する場合には、対象筋の筋腹周辺に筋繊維にそって配置した２つの電極から電流を印加することで、対象筋のみを刺激することが可能である。二つ目は、神経が反応する周波数よりも高い周波数帯から２種類の周波数の電流刺激を同時に印加して生体内で干渉させ、干渉波によって刺激を行う干渉電流型筋電気刺激である。
【００２１】
干渉電流型筋電気刺激では、干渉波が生成された干渉波生成領域の神経が刺激される。干渉波生成領域の生成位置は、正極２つ、グランド２つの電極の配置のパターンおよび電流値によって決まる。所定の神経を刺激するための電極配置は、１つの電極配置パターンに制限されるものではなく、４つの電極の配置の組み合わせによっていくつもの電極配置パターンが存在する。
【００２２】
図１の（ａ）および（ｂ）に、電極配置パターンと干渉波生成領域とを模式的に示す。図１の（ａ）に示す電極配置パターン１と図１の（ｂ）に示す電極配置パターン２では、たとえば腕や脚のような身体を被刺激体Ｐとし、被刺激体Ｐの表面に４つの電極を貼り付けた状況を示している。図１の（ａ）と（ｂ）では、いずれも正極である刺激極１および刺激極２と、グランド電極であるＧＮＤ１およびＧＮＤ２とを使用している。図１の（ａ）と（ｂ）とでは、刺激極１、刺激極２、ＧＮＤ１およびＧＮＤ２を貼り付ける位置を異なる位置としている。これにより、図１の（ａ）と（ｂ）とでは、異なる位置に干渉波生成領域Ｗが生じている。
【００２３】
図１の（ａ）に示した電極配置パターン１と図１の（ｂ）に示した電極配置パターン２では電極配置は異なるが、同じ領域に干渉波を生成することが可能である。実際の干渉波は、被刺激体である生体組織（皮膚、脂肪層、筋肉、骨）の導電率および誘電率の影響を受けるが、電極配置と電流値の最適化により、同様の領域に干渉波を生成することは可能である。
【００２４】
ウェアの接触インピーダンスがユーザの運動により変動する要因には、（１）筋肉や皮膚の外形形状の変化に伴う電極面と皮膚との接触圧力の変化、と、（２）皮膚やウェアの伸び縮みによる電極面と皮膚とのずれ、の２種類がある。外形形状の変化は、運動による関節角の変化、運動時の筋収縮の強度、重力および慣性力等の影響により生じる。皮膚の伸び縮みも、運動による関節角の変化に伴って発生する。よって、これら２つの要因は、いずれも、ユーザが実施した運動によって決定されるといえる。
【００２５】
ユーザの自発的な運動に関しては、ユーザの運動意図の推測ができない限りは、接触インピーダンスの変化の予測はできない。しかし、筋電気刺激後の誘発運動に関しては、ほぼ一定の運動が誘発されることから、接触インピーダンスの変化の予測が可能になると本願発明者らは考えた。
【００２６】
図２に、特定の筋電気刺激を印加した際の、接触インピーダンスの時系列変化の仮想的な結果を示す。図２の横軸は時間で、縦軸は接触インピーダンスである。
【００２７】
図２に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯に、ユーザに筋電気刺激を印加したものとする。所定の周波数および電流値で電気刺激を印加した場合に、ユーザが痛みを感じるインピーダンスを閾値Ｘとした。図２では、場所の異なる電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃにおける接触インピーダンスの変化を示した。
【００２８】
電極Ａは、筋電気刺激を印加したにも関わらず、接触インピーダンスがほとんど変わらない場合である。電極Ａは、筋電気刺激によって誘発された運動の影響を受けない電極であるといえる。
【００２９】
電極Ｂは、筋電気刺激を印加した後で、接触インピーダンスが上昇し、痛みを感じる閾値Ｘを越えた場合である。電極Ｂは、誘発運動による外形形状の変化または電極と皮膚とのずれの影響を受ける電極であるといえる。
【００３０】
電極Ｃは、筋電気刺激を印加する前は接触インピーダンスが大きいが、筋電気刺激を印加すると接触インピーダンスが下降する場合である。よって、電極Ｃは、誘発運動による外形形状の変化により、電極と皮膚との接触圧力が上がる場所にある電極であるといえる。
【００３１】
このように、電極が接触している場所によって、誘発運動に伴う接触インピーダンスの変化の仕方が変わることが想定される。ゆえに、たとえば電極Ｂを刺激電極とする必要がある場合には、所定値を超える前に、別の電極（たとえば電極Ａまたは電極Ｃ）に刺激電極を切り替えることで、常に接触インピーダンスが所定値以下の電極から筋電気刺激を印加できるようになる。
【００３２】
ウェアには、多数の電極を配置することができる。特に、干渉電流型筋電気刺激では、同様の領域に干渉波を生成するための電極配置のパターンがいくつも存在することから、このような動的な刺激電極の切り替えが可能になる。
【００３３】
筋電気刺激の主目的は、被刺激体に特定の運動を誘発することにある。そのため、接触インピーダンスのみに基づいて刺激電極を切り替えて良いわけではなく、所定の領域に干渉波が生成できるような電極配置にする必要がある。たとえば、図３のように所定の領域を刺激するための電極配置パターンを示したテーブルをあらかじめ保持し、テーブルに示されている接触インピーダンスに基づいて電極配置パターンを切り替えればよい。
【００３４】
また、誘発運動により、運動神経の位置が変化する場合もある。そのような場合には、図４のように、あらかじめ所定時刻ごとの電極配置パターンを示したテーブル作成しておき、刺激印加中に参照する電極配置パターンを、テーブルに示されている接触インピーダンスに基づいて、所定の時刻ごとに切り替えてもよい。
【００３５】
刺激電極の接触インピーダンスは、筋電気刺激として印加した刺激の電流値および電圧値を用いることで計測することが可能である。異なる周波数の電流刺激を同時に印加する干渉電流型筋電気刺激の場合には、干渉波の振幅が最小になったタイミングで一つ以外の電流刺激を一時停止し、印加を継続した単一の周波数の電流刺激に対する電流値と電圧値を記録して算出してもよい。
【００３６】
刺激電極以外の電極の接触インピーダンスは、筋電気刺激とは少なくとも所定値以上異なる周波数の電流刺激を印加して、電極ごとに測定すればよい。所定値とはたとえば１０００Ｈｚである。神経が反応するのは１０００Ｈｚ以下の周波数帯である。よって、筋電気刺激の周波数に対して１０００Ｈｚ以上離れた周波数であれば、筋電気刺激のための電流と接触インピーダンス計測のための電流で生成された干渉波によって、筋収縮は生じない。したがって、刺激電極の接触インピーダンスと刺激電極以外の電極の接触インピーダンスとをそれぞれ計測することができる。
【００３７】
（実施の形態１）
以下では、本実施の形態にかかる筋電気刺激装置を含む、筋電気刺激システムの構成および動作を説明する。
【００３８】
［１−１．筋電気刺激システムの構成］
図５に、本実施の形態による筋電気刺激システム１００の構成および利用環境を示す。図６に、本実施の形態による筋電気刺激システム１００の機能ブロックの構成を示す。図５に示す筋電気刺激システム１００は、図６に示す本実施の形態にかかる筋電気刺激システム１００の構成に対応している。
【００３９】
図５および図６に示すように、筋電気刺激システム１００は、刺激情報入力部１０と、電極２０と、筋電気刺激装置１とを備えている。図５に示すように、複数の電極２０が、ウェア３０に設けられている。各電極２０は、ユーザの皮膚に接触するように、ウェア３０の内面に設けられている。また、筋電気刺激装置１および刺激情報入力部１０は、例えば一体に構成されており、ウェア３０のウエスト部分等、ユーザが操作しやすい位置に配置されている。
【００４０】
＜刺激情報入力部１０＞
刺激情報入力部１０は、ユーザからの、筋電気刺激を行う部位と刺激強度に関する刺激情報の入力を受け付ける入力部である。刺激情報入力部１０は、たとえばディスプレイとタッチパネルで構成されているものとする。ユーザは、ディスプレイに表示された筋肉から刺激部位を選択し、刺激強度を設定するという入力操作を行う。刺激情報入力部１０は、刺激部位の情報を電極パターン決定部５１へ、刺激強度の情報を筋電気刺激制御部５３へそれぞれ送付する。
【００４１】
＜電極２０＞
複数の電極２０は、ウェア３０に配置される。電極２０は、ユーザの皮膚と接触する電極面を有する。電極面の素材は、たとえば導電性の布又は繊維である。
【００４２】
電極２０のそれぞれは、例えば円形の形状をしている。電極２０の形状および大きさは、刺激部位や用途に応じて変更してもよい。例えば、電極２０の電極の大きさは、前腕部のように複雑な筋肉の制御を行う場合には、直径約１０ｍｍ程度であってもよい。また、大腿部のように比較的大きな筋肉を対象とする場合には、直径３０ｍｍ以上であってもよい。
【００４３】
なお、複数の電極２０のうち、筋電気刺激を出力する電極を刺激電極、グランドに接地される電極をグランド電極という。なお、筋電気刺激を出力する刺激電極は、２つ以上である。また、刺激電極を出力する刺激電極は、第１の電極とも表記される。
【００４４】
以下、筋電気刺激装置１の構成について説明する。
【００４５】
［１−２．筋電気刺激装置の構成］
筋電気刺激装置１は、図６に示すように、電極パターン決定部５１と、刺激電極切替部５２と、筋電気刺激制御部５３と、接触インピーダンス（Ｉｍｐ）測定部５４とを備えている。筋電気刺激装置１と電極２０は有線で接続されており、筋電気刺激装置１と刺激情報入力部１０とは有線または無線で接続されている。また、筋電気刺激システム１００は、筋電気刺激制御部５３を動作させるための電源４０と、接触Ｉｍｐ測定部５４を動作させるための電源４１とを備えている。
【００４６】
＜電極パターン決定部５１＞
電極パターン決定部５１は、刺激情報入力部１０から刺激部位に関する情報を受け取り、刺激部位に関する情報に基づいて、２つ以上の第１の電極を決定する。第１の電極の例は、刺激電極およびグランド電極である。電極パターン決定部５１は、電極決定部とも表記される。ここで、第１の電極の例は、初期の刺激電極およびグランド電極である。初期の刺激電極およびグランド電極は、第１の電極とユーザの皮膚との接触状態を判定するための電気刺激に用いられる。電極パターン決定部５１は、２つ以上の第１の電極として、電極番号を決定する。電極番号のパターンは、図３に示したようなデータベースを参照して、優先順位の高い電極番号のパターンに決定してもよい。
【００４７】
そして、電極パターン決定部５１は、決定した電極番号を刺激電極切替部５２に送付する。
【００４８】
また、電極パターン決定部５１は、後に詳述する接触Ｉｍｐ測定部５４から受け取った筋電気刺激による接触インピーダンスの変動に関する情報が現在選択している電極番号の接触インピーダンスが所定値より大きい場合に、電極番号のパターンを決定する。
【００４９】
＜刺激電極切替部５２＞
刺激電極切替部５２は、電極パターン決定部５１から刺激電極とグランド電極の電極番号を受け取り、受け取った電極番号の電極２０から筋電気刺激が出力されるように、接触状態が変化する刺激電極すなわち現在選択している電極番号の電極２０を、電極パターン決定部５１より受け取った電極番号の電極２０へと切り替える。刺激電極の切り替えは、たとえばリレー回路を用いて物理的に行ってもよい。なお、このとき切り替えられた電極２０は、２つ以上である。また、切り替えられた電極は、第２の電極とも表記される。
【００５０】
＜筋電気刺激制御部５３＞
筋電気刺激制御部５３は、刺激情報入力部１０から刺激強度に関する情報を受け取り、ユーザに印加する筋電気刺激の電流値を設定する。筋電気刺激制御部５３は、複数の電極２０に含まれる２つ以上の第１の電極に、ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる。これにより、電極２０からは、設定された電流値の電流刺激が出力される。
【００５１】
＜接触Ｉｍｐ測定部５４＞
接触Ｉｍｐ測定部５４は、電気刺激が出力されているときの複数の電極２０のそれぞれとユーザの皮膚との接触状態を判定する。接触Ｉｍｐ測定部５４は、接触状態判定部とも表記される。例えば、接触Ｉｍｐ測定部５４は、電気刺激が出力される前の接触インピーダンス値を取得し、電気刺激が出力される前の接触インピーダンス値と測定した接触インピーダンス値との差が、閾値以上の場合には、接触状態の変化があると判定する。また、接触Ｉｍｐ測定部５４は、電気刺激が出力される前の接触インピーダンス値を用いずに、電気刺激が出力されているときの接触インピーダンス値が閾値以上の場合には、接触状態の変化があると判定する。このとき、電気刺激が出力される前の複数の電極２０は、望ましい状態で、ユーザと接触していると仮定している。接触Ｉｍｐ測定部５４は、刺激電極切替部５２から刺激電極の情報を受け取り、刺激電極を含めた全ての電極２０の接触インピーダンスを所定の時刻ごとに測定する。そして、測定した全電極２０における接触インピーダンスの情報を、電極パターン決定部５１および筋電気刺激制御部５３に送付する。なお、所定の時刻ごととは、あらかじめ定めた時刻ごとであってもよいし、接触Ｉｍｐ測定部５４のサンプリング周期ごとであってもよい。また、以下に説明する、干渉波の振幅が最小になったタイミングごとであってもよい。
【００５２】
刺激電極である電極２０の接触インピーダンスは、筋電気刺激として印加した刺激の電流値および電圧値を用いることで計測が可能である。異なる周波数の電流刺激を同時に印加する干渉電流型筋電気刺激の場合には、接触Ｉｍｐ測定部５４は、干渉波の振幅が最小になったタイミングで一つ以外の電流刺激を一時停止し、印加を継続した単一の周波数の電流刺激に対する電流値と電圧値を記録して接触インピーダンスを算出してもよい。
【００５３】
刺激電極以外の電極２０の接触インピーダンスは、筋電気刺激とは少なくとも所定値以上異なる周波数の電流刺激を印加して、電極２０ごとに測定すればよい。所定値とは、たとえば１０００Ｈｚである。神経が反応するのは１０００Ｈｚ以下の周波数帯である。よって、筋電気刺激の周波数に対して１０００Ｈｚ以上離れた周波数の電流であれば、筋電気刺激のための電流と接触インピーダンス計測のための電流で生成された干渉波による筋収縮が生成されない。したがって、接触Ｉｍｐ測定部５４は、筋電気刺激の周波数に対して１０００Ｈｚ以上離れた周波数の電流を印加して、電極２０ごとに接触インピーダンスを測定する。なお、筋電気刺激の周波数は、第１の周波数に相当する。筋電気刺激の周波数に対して１０００Ｈｚ以上離れた周波数は、第２の周波数に相当する。
【００５４】
電極パターン決定部５１および筋電気刺激制御部５３は、接触Ｉｍｐ測定部５４から全チャンネルの接触インピーダンスの情報を受け取り、筋電気刺激によって生じた誘発運動に由来する接触インピーダンスの変動を抽出する。具体的には、接触Ｉｍｐ測定部５４は、筋電気刺激制御部５３が筋電気刺激を出力している時間帯の接触インピーダンスの変動を電極２０ごとに抽出する。そして、抽出した誘発運動由来の接触インピーダンス値の時系列変化情報を電極パターン決定部５１および筋電気刺激制御部５３に送付する。
【００５５】
［１−３．筋電気刺激システムにおける処理手順］
次に、図７を参照しながら、図６の筋電気刺激システム１００において行われる処理手順を説明する。
【００５６】
図７に示すステップＳ１１において、刺激情報入力部１０は、ユーザから筋電気刺激の刺激部位および刺激強度の情報を受け取る。そして、刺激部位の情報を電極パターン決定部５１に、刺激強度の情報を筋電気刺激制御部５３にそれぞれ送付する。
【００５７】
ステップＳ１２において、電極パターン決定部５１は、刺激情報入力部１０から刺激部位に関する情報を受け取り、初期の２つ以上の電極、具体的には、刺激電極およびグランド電極の電極番号を決定する。電極パターン決定部５１は、図３に示したようなデータベースを参照して優先順位の高い電極番号のパターンに決定してもよい。その後、電極パターン決定部５１は、決定した電極番号を刺激電極切替部５２に送付する。そして、刺激電極切替部５２は、電極パターン決定部５１で決定された電極２０から筋電気刺激を出力できるよう、切り替える。
【００５８】
ステップＳ１３において、筋電気刺激制御部５３は、刺激情報入力部１０から刺激強度に関する情報を受け取り、ユーザに印加する筋電気刺激の強度である電流値を設定する。
【００５９】
ステップＳ１４において、筋電気刺激制御部５３は、電極パターン決定部５１を介して設定した電流値の筋電気信号を刺激電極切替部５２に送付する。これにより、刺激電極切替部５２は、ステップＳ１３で設定した電流値で電流刺激を出力する（第１の出力ステップ）。
【００６０】
ステップＳ１５において、接触Ｉｍｐ測定部５４は、刺激電極切替部５２から刺激電極の情報を受け取り、電気刺激が出力されているときの、刺激電極を含めた全ての電極２０の接触インピーダンスを所定の時刻ごとに測定する。そして、測定した全電極２０における接触インピーダンスの情報から、筋電気刺激によって生じた誘発運動に由来する接触インピーダンスの変動を抽出する。また、接触Ｉｍｐ測定部５４は、接触インピーダンスが所定値より大きいか否かを判定する（接触状態判定ステップ）。
【００６１】
具体的には、接触Ｉｍｐ測定部５４は、筋電気刺激制御部５３が筋電気刺激を出力している時間帯の接触インピーダンスの変動を電極２０ごとに抽出する。そして、抽出した誘発運動由来の接触インピーダンスの値の時系列変化情報を、電極パターン決定部５１および筋電気刺激制御部５３に送付する。
【００６２】
ステップＳ１６では、電極パターンの決定と切り替えが行われる。このとき、ステップＳ１７およびステップＳ１８に基づいて、電極パターンの切り替えが必要か否かの判定と、電極パターンの切り替えが行われる。
【００６３】
ステップＳ１７では、接触Ｉｍｐ測定部５４は、刺激電極の接触インピーダンスが所定値より大きいか否かを判定することにより、電極パターンの切り替えが必要か否かを判定する。具体的には図８に示したフローに基づいて判定する。刺激電極の接触インピーダンスが所定値以下であった場合にはステップＳ１９へ、所定値よりも大きい場合にはステップＳ１８へそれぞれ進む。また、ステップＳ１８において、電極パターン決定部５１は、図８に示したフローに基づいて電極パターンを決定する（決定ステップ）。
【００６４】
図８に、ステップＳ１６すなわち電極パターン決定部５１における電極パターンの決定・切り替えの手順の詳細を示す。なお、図８においてステップＳ１３〜Ｓ１５は、図７におけるステップＳ１３〜Ｓ１５と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
ステップＳ１０１では、接触Ｉｍｐ測定部５４は、ステップＳ１５において接触Ｉｍｐ測定部５４が抽出した接触インピーダンス変動の情報のうち、ステップＳ１３で決定した電極２０において接触インピーダンスが所定値より大きい電極２０があるか否かを判定する。接触インピーダンスが所定値以下の場合には、ステップＳ１０７を行う。いずれかの電極２０、時間帯において接触インピーダンスが所定値より大きい場合には、ステップＳ１０２を行う。
【００６６】
ステップＳ１０２では、接触Ｉｍｐ測定部５４は、接触Ｉｍｐ測定部５４が抽出した全ての電極２０の接触インピーダンス値のうち、全時間帯において接触インピーダンスが所定値以下となる電極パターンがあるか否かを判定する。全時間帯において接触インピーダンスが所定値以下となる電極パターンがある場合には、ステップＳ１０３、ない場合にはステップＳ１０４を行う。
【００６７】
ステップＳ１０３において、電極パターン決定部５１は、全時間帯において接触インピーダンスが所定値以下となる電極パターンのうち、優先順位の高いパターンに電極パターンに決定する。電極パターン決定部５１は、ステップＳ２１において、決定した電極パターンに対応する２つ以上の電極２０の番号を刺激電極切替部５２に送付する。刺激電極切替部５２は、刺激を出力する電極２０を、電極パターン決定部５１から送付された電極２０に切り替える（切替ステップ）。
【００６８】
ステップＳ１０４では、接触Ｉｍｐ測定部５４は、接触Ｉｍｐ測定部５４が抽出した全ての電極２０の接触インピーダンス値のうち、全時間帯においていずれかの電極パターンで接触インピーダンスが所定値以下になるか否かを判定する。いずれかの電極パターンで接触インピーダンスが所定値以下になる場合にはステップＳ１０５を行う。
【００６９】
ステップＳ１０５において、電極パターン決定部５１は、筋電気刺激印加中の所定のタイミングにおいて、電極パターンを決定する。電極パターン決定部５１は、ステップＳ２１において、決定した電極パターンに対応する電極２０の番号を刺激電極切替部５２に送付する。刺激電極切替部５２は、刺激を出力する電極２０を、電極パターン決定部５１から送付された電極２０に切り替える。
【００７０】
また、全時間帯においていずれかの電極パターンで接触インピーダンスが所定値以下にならない場合には、ステップＳ１６においてアラート表示を行う。ステップＳ１０６において、電極パターン決定部５１は、誘発運動により接触インピーダンスが所定値以上になる時間帯があることをユーザに通知するために、刺激情報入力部１０に対して当該情報を送付する。刺激情報入力部１０では、例えば、適切な装着状態となるようにウェア３０の再装着を促すアラート表示を行う。
【００７１】
その後、刺激電極切替部５２は、切り替えられた電極２０により、電気刺激を出力する（第２の出力ステップ）。さらに、図７に示したように、ステップＳ１９において、筋電気刺激を終了するかどうかをユーザに問い合わせる。筋電気刺激を継続する場合には、ステップＳ１４〜Ｓ１９の動作を繰り返し、終了する場合には終了に進む。
【００７２】
なお、図８に示したステップＳ１０１、Ｓ１０２およびＳ１０４は、図７におけるステップＳ１７に相当する。また、図８におけるステップＳ１０３およびＳ１０５は、図７におけるステップＳ１８に相当する。
【００７３】
［１−４．効果等］
以上、本実施の形態にかかる筋電気刺激装置１は、前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極に、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる刺激制御部と、前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態の変化を判定する接触状態判定部と、前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する電極決定部と、前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える刺激電極切替部とを備え、前記刺激制御部は、前記２つ以上の第２の電極に、再度前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる。
【００７４】
また、本実施の形態にかかる筋電気刺激システム１００は、ユーザに装着され、複数の電極が配置されたウェアと、前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極に、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる刺激制御部と、前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態の変化を判定する接触状態判定部と、前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する電極決定部と、前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える刺激電極切替部とを備え、前記刺激制御部は、前記２つ以上の第２の電極に、再度前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力させる。
【００７５】
これにより、誘発運動により電極２０とユーザの皮膚との接触状態が大きく変動する状況でも、常に接触状態の良い、すなわち接触インピーダンスが低い電極２０から筋電気刺激を出力することができる。したがって、運動に伴う接触インピーダンスの変動が大きいことが想定されるウェア３０を用いて筋電気刺激を行う場合であっても、ユーザが痛みを感じにくい筋電気刺激を実現することができる。
【００７６】
また、前記刺激制御部は、前記２つ以上の第１の電極および前記２つ以上の第２の電極のそれぞれに、互いに異なる周波数を有する電気刺激を出力させてもよい。
【００７７】
これにより、干渉電流型筋電気刺激により、ユーザに対して筋電気刺激を行うことができる。
【００７８】
また、前記接触状態判定部は、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンスを計測し、計測した前記接触インピーダンスが所定値より大きい場合に、前記接触状態の変化があると判定してもよい。
【００７９】
これにより、接触インピーダンスの値を直接計測するので、電極２０とユーザの皮膚との接触状態を接触インピーダンスの値から直接判定することができる。接触インピーダンスの値が、あらかじめ定められた所定値より大きい場合に電極ずれが発生していると判定することができる。
【００８０】
また、前記接触状態判定部が接触インピーダンスを計測するときの電気刺激の周波数を第１の周波数とし、前記２つ以上の第２の電極を用いて出力する電気刺激の周波数を第２の周波数としたとき、前記刺激制御部は、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを、所定値以上異なる値にしてもよい。
【００８１】
所定値を、例えば、筋電気刺激のための電流と接触インピーダンス計測のための電流で生成された干渉波によって、筋収縮が生じるか否かの境界値とすると、筋電気刺激のための電流と接触インピーダンス計測のための電流で生成された干渉波によって筋収縮は生じない。したがって、刺激電極の接触インピーダンスと刺激電極以外の電極の接触インピーダンスとをそれぞれ計測することができる。
【００８２】
また、前記接触状態判定部において、前記複数の電極のそれぞれの時刻ごとの前記接触状態の変化を判定し、前記電極決定部において、時刻ごとに、前記電気刺激を出力する前記複数の電極の配置パターンを、全ての前記複数の電極で前記接触状態の変化がないと判定された前記複数の電極の配置パターンに決定してもよい。
【００８３】
これにより、各時刻におけるすべての電極について接触状態を判断するので、時刻ごとに適切な電極２０を決定することができる。
【００８４】
また、前記時刻ごととは、前記接触状態判定部のサンプリング周期ごとであってもよい。
【００８５】
これにより、接触状態判定部の動作に合わせて効率よく接触状態を判定することができる。
【００８６】
また、本実施の形態にかかる筋電気刺激方法は、前記複数の電極に含まれる２つ以上の第１の電極を用いて、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力する第１の出力ステップと、前記電気刺激が出力されているときにおける、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンス、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との圧力、前記ユーザの姿勢の歪みおよび前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触状態を判定する接触状態判定ステップと、前記接触状態の変化がない電極に基づいて、２つ以上の第２の電極を決定する決定ステップと、前記２つ以上の第１の電極を、前記２つ以上の第２の電極に切り替える切替ステップと、前記２つ以上の第２の電極を用いて、再度、前記ユーザの所定の筋肉に対して電気刺激を出力する第２の出力ステップとを含む。
【００８７】
これにより、誘発運動により電極２０とユーザの皮膚との接触状態が大きく変動する状況でも、常に接触状態の良い、すなわち接触インピーダンスが低い電極２０から筋電気刺激を出力することができる。したがって、運動に伴う接触インピーダンスの変動が大きいことが想定されるウェア３０を用いて筋電気刺激を行う場合であっても、ユーザが痛みを感じにくい筋電気刺激を実現することができる。
【００８８】
また、前記接触状態判定ステップにおいて、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触インピーダンスを計測し、計測した前記接触インピーダンスが所定値より大きい場合に、前記接触状態の変化があると判定してもよい。
【００８９】
これにより、接触インピーダンスの値を直接計測するので、電極２０とユーザの皮膚との接触状態を接触インピーダンスの値から直接判定することができる。接触インピーダンスの値が、あらかじめ定められた所定値より大きい場合に電極ずれが発生していると判定することができる。
【００９０】
なお、本実施の形態では、電極と皮膚との接触状態を、電極と皮膚との接触インピーダンスの変動から検出したが、これに限らず、例えば圧力センサ、加速度センサ等により電極と皮膚との接触状態を検出してもよい。
【００９１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態１においては、ユーザ動作時において各電極２０の接触インピーダンスを計測することで、筋電気刺激を印加する電極２０を決定した。しかしながら、各電極２０の接触インピーダンスは、主に、ユーザの皮膚に対する電極２０のずれ等により発生するため、ユーザの姿勢から電極２０の接触状態を推定することも可能である。
【００９２】
そこで、本実施の形態では、ユーザの姿勢を計測し、計測した姿勢に基づいて筋電気刺激を印加する電極２０を決定する例について説明する。本実施の形態は、例えば、図９に示すようなシステム構成で実現することが可能である。
【００９３】
図９は、本実施の形態による筋電気刺激システム２００の機能ブロックの構成を示す。
【００９４】
図９に示すように、筋電気刺激システム２００は、刺激情報入力部１０と、電極２０と、筋電気刺激装置２とを備えている。刺激情報入力部１０および電極２０の構成は、筋電気刺激システム１００における刺激情報入力部１０および電極２０と同様であるため、説明を省略する。
【００９５】
筋電気刺激装置２が図６に示した筋電気刺激装置１と相違する点は、電極パターン決定部５１および接触Ｉｍｐ測定部５４に代えて、姿勢計測部６１、電極ずれ判定部６２および電極パターン決定部６３を備えている点である。
【００９６】
［２−１．筋電気刺激装置の構成］
以下、筋電気刺激装置２における姿勢計測部６１、電極ずれ判定部６２および電極パターン決定部６３について説明する。なお、以下では、筋電気刺激装置２について、実施の形態１にかかる筋電気刺激装置１と異なる点のみ説明し、筋電気刺激装置１と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
【００９７】
＜姿勢計測部６１＞
姿勢計測部６１は、ユーザの姿勢の状態を所定時刻ごとに計測する。ここで、姿勢の状態とは、ウェア３０を装着した部位の関節角の角度をいう。また、股関節の角度とは、後の図１３の（ａ）に示すように、ユーザの胴体と太腿との間の角度をいう。図５に示したパンツ型のウェア３０では、股関節周辺に歪みセンサ（図示せず）を配置している。また、所定の時刻ごととは、あらかじめ定めた時刻ごとであってもよいし、歪みセンサのサンプリング周期ごとであってもよい。
【００９８】
歪みセンサで得られた歪みの値から左右の股関節の角度を計測する。そして、歪センサで得られた左右の股関節の角度は、姿勢計測部６１から電極ずれ判定部６２に送付される。
【００９９】
＜電極ずれ判定部６２＞
電極ずれ判定部６２は、本発明における接触状態判定部であり、姿勢計測部６１よりユーザの姿勢の情報を受け取る。そして、ユーザが所定の運動を実施した際に、筋電気刺激を印加するための電極２０の電極面とユーザの皮膚にずれが生じたか否かを電極２０ごとに判定する。ずれの判定には、たとえば図１０に示すように、ウェア３０と電極２０の間に配置した圧力センサ６１ａを用いてもよい。
【０１００】
上述のように、電極２０の電極表面と皮膚の接触インピーダンスが変化する要因には、（１）筋肉や皮膚の外形形状の変化に伴う電極面と皮膚との接触圧力の変化、と、（２）皮膚やウェア３０の伸び縮みによる電極面と皮膚とのずれの２種類がある。いずれも圧力センサ６１ａで記録した圧力が所定値以下である場合に、電極２０の電極面と皮膚がずれたと判定できる。
【０１０１】
電極ずれ判定部６２は、姿勢計測部６１より受けた時系列の姿勢の状態と合わせることで、実施の形態１に示した接触Ｉｍｐ測定部５４と同様に、時刻ごとに電極ずれの有無の判定を行う。
【０１０２】
なお、一連のユーザの運動の前後において電極２０の位置が変化したかのみに基づいて電極ずれの有無を判定してもよい。ユーザの運動の前後で所定の姿勢をユーザにとらせることができれば、圧力センサ６１ａの代わりに加速度センサを用いることも可能である。その場合には、運動中のユーザの皮膚に対する電極２０のずれ、または、電極２０に対するユーザの皮膚のずれについて、加速度を検出する。そして、得られた加速度のデータ（加速度データ）を積分して加速度センサの位置情報とし、運動前と運動後の位置情報に所定値以上の差が生じた場合に、電極ずれが生じていると判定する。
【０１０３】
＜電極パターン決定部６３＞
電極パターン決定部６３は、筋電気刺激を出力する電極２０の組み合わせ、すなわち、電極パターンを決定する。電極パターンは、実施の形態１で示したように、電極２０の組み合わせにより決定する。電極パターンは、図３に示したようなデータベースを参照して優先順位の高い電極番号を用いた電極パターンに決定してもよい。電極パターン決定部６３は、決定した電極パターンにおける電極２０の番号を刺激電極切替部５２に送付する。
【０１０４】
また、電極パターン決定部６３は、電極ずれ判定部６２からユーザが所定の運動をした際の電極２０ごとの電極ずれの有無の情報を受け取り、現在選択している電極２０に電極ずれが発生している場合に、電極ずれが発生していない電極番号の電極パターンを決定する。
【０１０５】
［２−２．筋電気刺激システムにおける処理手順］
次に、図１１を参照しながら、図９の筋電気刺激システム２００において行われる処理手順を説明する。筋電気刺激システム２００において行われる処理手順についても、図８に示した筋電気刺激システム１００と同じ処理を行うステップについては同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１０６】
本実施の形態における筋電気刺激システム２００の処理手順において、実施の形態１による筋電気刺激システム１００の処理手順と相違する点は、図１１に示すように、ステップＳ１３とステップＳ１４との間にあらたにステップＳ２１を設けた点と、ステップＳ１５に代えてステップＳ２２を、ステップＳ１８に代えてステップＳ２３を設けた点にある。
【０１０７】
ステップＳ２１において、姿勢計測部６１は、ユーザの姿勢の状態であるウェア３０を装着した部位の関節角を時刻ごとに計測する。図５に示したパンツ型のウェア３０では、股関節周辺に歪みセンサを配置し、左右の股関節の角度を計測する。そして、電極ずれ判定部６２に送付する。
【０１０８】
ステップＳ２２において、電極ずれ判定部６２は、ユーザが所定の動作を実施している際に、電極ずれが発生したか否かを判定する。電極ずれの判定は、たとえばウェア３０と電極２０の間に配置した圧力センサ６１ａを用いる。圧力センサ６１ａで記録した圧力が所定値以下になった場合に、電極ずれ判定部６２は、電極２０と皮膚がずれたと判定する。そして、電極ずれ判定部６２は、電極２０ごとの電極ずれ判定結果を、電極パターン決定部６３に送付する。
【０１０９】
ステップＳ２３において、電極パターン決定部６３は、図７に示した接触インピーダンスに基づくフローと同様に、圧力が所定値以下であったか否かに基づいて電極パターンを決定する。そして、決定した電極パターンに対応する電極２０の番号を刺激電極切替部５２に送付する。刺激電極切替部５２は、現在選択している電極番号の電極２０を、電極パターン決定部６３より受け取った電極番号の電極２０へと切り替える。
【０１１０】
なお、姿勢計測部６１において、加速度センサを用いて一連の運動の前後で電極ずれが発生したかを判定する場合には、図１２のような処理フローになる。以下、ステップＳ２４とステップＳ２５について説明する。
【０１１１】
ステップＳ２４において、電極ずれ判定部６２は、ユーザが所定の運動を行った全時間帯における電極ずれを、電極２０ごとに判定する。加速度センサを用いる場合には、運動の前後で所定の姿勢をユーザにとらせ、運動中のユーザの皮膚に対する電極２０のずれ、または、電極２０に対するユーザの皮膚のずれについて、加速度を検出する。そして、得られた加速度データを積分してセンサの位置情報とし、運動前と運動後の位置情報に所定値以上の差が生じた場合に、皮膚と電極２０がずれたと判定する。そして、電極２０ごとの判定結果を電極パターン決定部６３に送付する。
【０１１２】
ステップＳ２５において、電極パターン決定部６３は、電極ずれ判定部６２から受けた電極２０ごとのずれの有無の情報に基づいて、図７に示した接触インピーダンスに基づくフローと同様に、圧力が所定値以下であったか否かに基づいて電極パターンを決定する。そして、決定した電極２０の番号を刺激電極切替部５２に送付する。刺激電極切替部５２は、刺激を出力する電極２０を、電極パターン決定部６３から送付された電極２０に切り替える。
【０１１３】
ここで、図１３および図１４を参照しながら、ユーザの起立動作を所定動作とした場合を例に筋電気刺激システム２００の動作を説明する。ユーザは、図５に示したようなパンツ型のウェア３０を装着しているものとする。
【０１１４】
図１３の（ａ）〜（ｃ）に、起立動作中のユーザの様子を、時系列に沿って示した。図１３の（ａ）に示す時刻Ｔ０では、ユーザは椅子に腰かけている。その後、図１３の（ｂ）に示す時刻Ｔ１ではユーザは起立動作を開始し、図１３の（ｃ）に示す時刻Ｔ２では、ユーザは時刻Ｔ１時よりもさらに起立した状態である。時刻Ｔ０においては、ユーザの股関節の角度は９０度程度である。その後、時刻Ｔ１およびＴ２では、ユーザの起立動作に伴い、股関節の角度は大きくなる。
【０１１５】
起立動作は、大腿部の腹側Ｂにある大腿直筋、外側広筋、内側広筋等の収縮により、股関節および膝関節を伸展することで実現される。図１３の（ｂ）および（ｃ）では、ユーザの腹側Ｂの大腿直筋、外側広筋、内側広筋等が収縮し、筋厚が増大するため、大腿部の腹側Ｂに配置された電極２０の接触圧力は増大する。それに伴って、外側広筋や内側広筋のある大腿部の側面Ｃおよび背側Ａについては、電極２０の接触圧力が低下する。つまり、股関節の角度が９０度程度である場合から股関節の角度が大きくなると、大腿部の腹側Ｂに配置された電極２０の接触圧力は増大し、外側広筋や内側広筋のある大腿部の側面Ｃおよび背側Ａに配置された電極２０の接触圧力は低下する。
【０１１６】
図１４に、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示した起立動作中のユーザにおいて、大腿部の腹側Ｂおよび大腿部の側面Ｃに配置された電極２０の接触圧力が股関節の角度ごとに変化する様子を仮想的に示している。図１４における時刻Ｔ０、Ｔ１およびＴ２は、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示した時刻Ｔ０、Ｔ１およびＴ２に対応している。
【０１１７】
股関節角度と接触圧力の関係は、筋肉のつき方、筋厚等によってユーザごとに異なる。しかし、同じユーザが同じ動作をした場合には、所定の関節角に基づいて、接触圧力は同様に変化するものと考えられる。よって、同じユーザについてあらかじめ所定動作における電極ずれの有無を電極２０ごとに判定しておくことで、電極ずれが発生しない、あるいは電極ずれが少ない電極２０を特定することができる。
【０１１８】
たとえば、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示した起立動作において、図１４のように股関節角度に応じて接触圧力が変化する場合にユーザの大腿直筋に対して筋電気刺激を印加する場合を例として考える。この場合、図１５の（ａ）〜（ｃ）に示すように刺激電極を変更してもよい。なお、図１５の（ａ）〜（ｃ）は、ウェアにおける電極の配置例を示す図である。図１５の（ａ）〜（ｃ）では、ウェア３０の片方の太腿部分の構成のみ示しており、紙面手前側がウェア３０の前側である。
【０１１９】
図１４に示したように、股関節の角度が９０度程度である時刻Ｔ０の時間帯には、大腿部の腹側Ｂおよび大腿部の側面Ｃにおいて接触圧力が所定値以上となっている。この場合には、図１５の（ａ）に示すように、大腿部の側面Ｃに配置された４つの電極２０ａを用いて干渉電流刺激を行う。４つの電極２０ａのうちの２つを刺激電極、残りの２つをグランド電極として用いる。このとき、ユーザが電極ずれによる痛みを感じるようであれば、刺激電極とグランド電極を変更してもよい。
【０１２０】
また、時刻Ｔ１の時間帯は、大腿部の側面Ｃにおいて接触圧力が低下する。そこで、大腿部の腹側Ｂに配置された電極２０を刺激電極として使用するように、電極パターンを変更する。このとき、時刻Ｔ０の時と同様に４つの電極２０を用い、４つの電極２０のうちの２つを刺激電極、残りの２つをグランド電極として干渉電流刺激を行う。なお、大腿直筋は浅層にある筋肉であるので、低周波筋電気刺激によっても刺激が可能である。そこで、図１５の（ｂ）に示すように、大腿直筋の直上すなわち大腿部の腹側Ｂに配置された２つの電極２０ｂを用いて低周波筋電気刺激を行ってもよい。
【０１２１】
また、時刻Ｔ２の時間帯は、大腿部の側面Ｃの接触圧力が回復する。よって、時刻Ｔ０の場合と同様、図１５の（ｃ）に示すように、大腿部の側面Ｃの４つの電極２０ａを用いて干渉電流刺激を行うように電極パターンを変更する。
【０１２２】
［２−３．効果等］
以上、前記接触状態判定部は、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに前記複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触圧力を計測し、計測した前記接触圧力が所定値以下である場合に、前記接触状態の変化があると判定してもよい。
【０１２３】
また、本実施の形態にかかる筋電気刺激方法は、前記接触状態判定ステップにおいて、前記複数の電極のそれぞれから前記電気刺激が出力されているときに複数の電極のそれぞれと前記ユーザの皮膚との接触圧力を計測し、計測した前記接触圧力が所定値以下である場合に、前記接触状態の変化があると判定してもよい。
【０１２４】
これにより、本実施の形態にかかる筋電気刺激装置２および筋電気刺激システム２００において、ウェア３０の電極２０と皮膚とのずれを、圧力センサまたは加速度センサによって検出し、電極ずれの影響の少ない電極２０から筋電気刺激を出力することができる。これにより、ユーザが痛みを感じにくい筋電気刺激による筋力トレーニングおよび動作サポートを実現することができる。
【０１２５】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係る筋電気刺激装置、筋電気刺激システムおよび筋電気刺激方法について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。
【０１２６】
例えば、上述した実施の形態では、図５に示したパンツ型のウェア３０を用い、関節角を股関節の角度として、股関節周辺に歪みセンサを配置する構成としたが、関節角とは股関節の角度に限らず、ウェアの形状、装着部位によって変更してもよい。例えば、関節角は、膝関節の角度、腕関節の角度等としてもよい。この場合、歪みセンサは、膝の周辺、腕の周辺等に配置してもよい。
【０１２７】
また、上述した実施の形態では、圧力センサまたは加速度センサを用いた場合について説明したが、これらに限らず、電極２０と皮膚との接触状態、電極２０と皮膚との位置関係を検出できるものであれば、光センサ等他のセンサを用いてもよい。
【０１２８】
また、筋電気刺激装置１と電極２０は有線で接続されていてもよいし、無線で接続されていてもよい。また、筋電気刺激装置１と刺激情報入力部１０とは有線で接続されていてもよいし、無線で接続されていてもよい。
【０１２９】
また、上述した実施の形態におけるステップは、変更または省略してもよい。また、ステップの順序は入れ替えてもよい。
【０１３０】
また、本発明は、上述した筋電極刺激方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであるとしてもよい。また、本発明は、上記コンピュータのプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
【０１３１】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。
【０１３２】
また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
【０１３３】
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。
【０１３４】
また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【０１３５】
さらに、上記実施の形態を組み合わせるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明によると、たとえば、高齢者の筋力維持やアスリートの筋力増強等を行うための筋電気刺激装置、筋電気刺激システム等に利用できる。
【符号の説明】
【０１３７】
１、２  筋電気刺激装置
１０  刺激情報入力部
２０、２０ａ、２０ｂ  電極
３０  ウェア
４０、４１  電源
５１、６３  電極パターン決定部（電極決定部）
５２  刺激電極切替部
５３  筋電気刺激制御部（刺激制御部）
５４  接触Ｉｍｐ測定部（接触状態判定部）
６１  姿勢計測部
６１ａ  圧力センサ
６２  電極ずれ判定部（接触状態判定部）
１００、２００  筋電気刺激システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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