(57)【要約】【課題】電磁波ノイズを効果的に遮断することのできる筋電位計測装置を提供する。【解決手段】筋電位計測装置は、導電性シート、筋電位計測用電極、及び、増幅回路を備えている。導電性シートは、柔軟性と伸縮性を有しているとともに、人体に一巡して巻き付けることができる形状を有している。筋電位計測用電極は、導電性シートの人体に面する側に導電性シートから絶縁されて取り付けられている。増幅回路は、筋電位計測用電極と電気的に接続されており、筋電位計測用電極が検出する筋電位を増幅する。この筋電位計測装置は、増幅回路のグランド端子と導電性シートが電気的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
2011000223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性と伸縮性を備えており、人体に一巡して巻き付けることが可能な導電性シートと、
導電性シートの人体に面する側に導電性シートから絶縁されて取り付けられている筋電位計測用電極と、
筋電位計測用電極と電気的に接続されており、筋電位計測用電極が検出する筋電位を増幅する増幅回路と、
を備えており、
増幅回路のグランド端子と導電性シートが電気的に接続されていることを特徴とする筋電位計測装置。
【請求項２】
筋電位計測用電極のインピーダンスを低くするインピーダンス変換回路が、導電性シートの人体に面する側に取り付けられており、インピーダンス変換回路を介して筋電位計測用電極が増幅回路と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の筋電位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の筋電位を計測するための計測装置であって、外界電磁波ノイズの遮断性能の高い筋電位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ付きの義手や義足、又は、いわゆるパワードスーツを動かすためのＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）として、あるいは運動状態を計測する装置として筋電位計測装置が用いられることがある。筋電位は微弱であるため、外界ノイズの除去が重要である。例えば特許文献１には、被験者の生体信号の測定を妨害する外界からの電磁波ノイズを遮断する衣服が提案されている。その衣服は、表生地又は裏生地に導電性の布を用い、生体信号を増幅する増幅手段のＧＮＤと衣服の導電性の布を電気的に接続している。そのような構成により衣服がいわゆる電磁波シールドとして機能し、電磁波ノイズを遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、導電性の布を使った衣服を電磁波シールドとして利用するものであるが、電磁波ノイズに敏感な筋電位計測用電極が衣服で確実に覆われる保証がない。特許文献１の技術では、電磁波ノイズが衣服の隙間から漏れ入って筋電位計測用電極に影響を及ぼす虞がある。本発明は上記課題に鑑みて創作された。本発明は、電磁波ノイズを効果的に遮断することのできる筋電位計測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】
【０００５】
本発明の筋電位計測装置は、導電性シート、筋電位計測用電極、及び、増幅回路を備えている。導電性シートは、柔軟性と伸縮性を有しているとともに、人体に一巡して巻き付けることができる形状を有している。導電性シートは典型的には筒状に形成されていてよい。或いは、導電性シートは、両端をホックやファスナなどで留めることによって筒状となる平面状のシートであってもよい。筋電位計測用電極は、導電性シートの人体に面する側に導電性シートから絶縁されて取り付けられている。増幅回路は、筋電位計測用電極と電気的に接続されており、筋電位計測用電極が検出する筋電位を増幅する。そして本発明の筋電位計測装置は、増幅回路のグランド端子と導電性シートが電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の筋電位計測装置は、筋電位計測用電極を導電性シートの内側面に配置しており、その導電性シートが人体を一巡して筒状に筋電位計測用電極を覆っている。そのような構成により、本発明の筋電位計測装置は、高い電磁波ノイズ遮断効果を得ることができる。なお、「導電性シートの内側面」とは、人体に接する側の面を意味する。
【０００７】
本発明の筋電位計測装置はさらに、筋電位計測用電極のインピーダンスを低くするインピーダンス変換回路が、導電性シートの人体に面する側に取り付けられていることが好ましい。このとき、筋電位計測用電極は、インピーダンス変換回路を介して増幅回路と電気的に接続される。このように構成すると、筋電位計測用電極側のインピーダンスに対して増幅回路側のインピーダンスを高くすることができるので、筋電位計測用電極と増幅回路を繋ぐために導電性シートの外側へ引き出されるケーブルが電磁波ノイズに曝されても、ケーブルを伝播する信号に重畳したノイズの筋電位計測用電極への影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電磁波ノイズを効果的に遮断することのできる筋電位計測装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施例の筋電位計測装置の模式的外観図である。
【図２】第１実施例の筋電位計測装置を腕に装着した状態を示す。
【図３】第１実施例の電極ユニットの拡大断面図である。
【図４】第２実施例の筋電位計測装置の電極ユニットの拡大断面図である。
【実施例１】
【００１０】
図１に、第１実施例の筋電位計測装置１０の模式的外観図を示す。図２に、筋電位計測装置１０をユーザの腕に装着した状態を示す。図３に、筋電位計測装置１０に配置された電極ユニット４０の拡大断面図を示す。筋電位計測装置１０は、電極ユニット４０をアレイ状に取り付けた筒状の導電性シート１２と、筋電位計測用電極１４で検出する筋電位を増幅する増幅回路１６を備える。筋電位計測用電極１４は、電極ユニット４０の内側に配置されている。電極ユニット４０は導電性シート１２を貫通しているが、筋電位計測用電極１４は、導電性シート１２の内側面に、導電性シート１２から絶縁されて配置されている。導電性シート１２は、柔軟性と伸縮性を有しており、図２に示すようにユーザの腕に巻き付けることができる。この筋電位計測装置１０は、腕に限らず、ユーザの脚に巻き付けて脚の筋肉に発生する筋電位を計測することもできる。以下では簡単のため、「筋電位計測用電極１４」を「検出電極１４」と換言することがある。なお、増幅回路１６は、従来の筋電位計測装置で用いられるものを使えばよいので詳細な説明は省略する。
【００１１】
図１、図２に示す符号１８は、導電性シート１２と増幅回路１６のグランド端子を電気的に接続するケーブルである。なお、図１と図２では、各筋電位計測用電極１４と増幅回路１６を電気的に接続するケーブルの図示を省略している。
【００１２】
図３を参照して電極ユニット４０の構造を説明する。図３において、導電性シート１２の下側が、人体の皮膚に触れるシート内側に相当する。以下、「内側」とは、導電性シート１２や後述する固定具２８ａ、２８ｂ、或いは絶縁材２６等において、導電性シート１２を人体に巻きつけたときに、人体に近い側の面を意味する。別言すれば、「内側」とは、筒状の導電性シート１２の筒の中心に近い側を意味する。図３に示すように、検出電極１４は導電性シート１２の内側に配置されている。
【００１３】
電極ユニット４０は、検出電極１４、ＩＣチップ２２、ＩＣチップ２２と検出電極１４の間の配線、及びＩＣチップ２２と外部ケーブル３２の間の配線をレイアウトしたフレキシブル基板２０、スペーサ２４、絶縁材２６、及び、それらの部品を導電性シート１２に固定するための固定具２８ａ、２８ｂから構成されている。
【００１４】
検出電極１４の周辺の回路構成を概説する。検出電極１４は、ボルテージフォロワを構成するためのＩＣチップ２２を介して増幅回路１６と電気的に接続される。なお、ボルテージフォロワがインピーダンス変換回路の一例に相当する。ＩＣチップ２２はオペアンプを内蔵している。オペアンプの出力端が反転入力端に接続しており、非反転入力端に検出電極１４が接続しており、出力端が増幅回路１６に接続していることによってボルテージフォロワが構成される。検出電極１４とＩＣチップ２２はフレキシブル基板２０を介して接続している。ＩＣチップと外部ケーブル３２もフレキシブル基板２０を介して接続している。符号２２ａはＩＣチップ２２の端子を示しており、端子２２ａがフレキシブル基板２０内の配線によって検出電極１４と接続している。符号２２ｂはＩＣチップの他の端子群を示しており、端子群２２ｂがフレキシブル基板２０内の配線によって外部ケーブル３２内の信号線群３４と接続している。なお、外部ケーブル３２の他端は増幅回路１６に接続している。増幅回路１６とＩＣチップ２２は３本の信号線で接続している。３本の信号線は、夫々、オペアンプ駆動用の正負の電源線、及び、オペアンプの出力信号線に相当する。
【００１５】
電極ユニット４０の物理的構成を説明する。フレキシブル基板２０の一方の面に検出電極１４が取り付けられており、他方の面にＩＣチップ２２が取り付けられている。ＩＣチップ２２の上面にスペーサ２４が取り付けられており、フレキシブル基板２０は、ＩＣチップ２２とスペーサ２４を挟み込むように折り曲げられている。折り曲げられたフレキシブル基板２０は、検出電極１４を内側に向けて導電性シート１２に取り付けられている。フレキシブル基板２０は、絶縁材２６、固定具２８ａを挟んで導電性シート１２に固定されている。
【００１６】
固定具２８ａ、２８ｂが、フレキシブル基板２０等を介して検出電極１４を導電性シートに固定している。固定具２８ａ、２８ｂは、導電性シート１２の両面に夫々取り付けられている。固定具２８ａ、２８ｂは、例えばスナップボタンで代用することができる。固定具２８ａ、２８ｂは金属製であってよいし、樹脂製であってもよい。シート内側に位置する固定具２８ａの内側に、樹脂製の絶縁材２６が取り付けられている。固定具２８ａ、２８ｂ、導電性シート１２、及び、絶縁材２６には、それらを貫通する貫通孔３０が設けられており、その貫通孔３０を外部ケーブル３２が導電性シート１２の外側から内側へ通じている。前述したように、外部ケーブル３２の一端はフレキシブル基板２０に接続しており、外部ケーブル３２、フレキシブル基板２０、ＩＣチップ２２を介して検出電極１４が増幅回路１６に接続している。
【００１７】
外部ケーブル３２とは別に、ケーブル１８を介して増幅回路１６のグランド端子が導電性シート１２に電気的に接続している。
【００１８】
筋電位計測装置１０の特徴を説明する。図２、図３に示すように、検出電極１４は筒状の導電性シート１２の内側に固定されており、導電性シート１２は増幅回路１６のグランド端子に接続している。導電性シート１２の電位は常に増幅回路のグランド電位に保たれる。導電性シート１２が常に安定なグランド電位に保たれることによって、外部の電磁波ノイズを遮断し、筒状の内側の電場が安定化する。すなわち、筒状の導電性シート１２は電磁波シールドの機能を果す。図２に示すように、使用時には検出電極１４が確実に導電性シート１２に覆われるので、検出電極１４が外部電磁波ノイズから確実に保護される。そのため、この筋電位計測装置１０は、外部電磁波ノイズを効果的に遮断することができる。
【００１９】
導電性シート１２は柔軟性と伸縮性を備えているので、筋電位計測装置１０の使用時には導電性シート１２が人体の皮膚に触れる。そのため、人体の基本電位も増幅回路のグランド電位に保たれる。この特徴も、筋電位計測装置１０の電磁波ノイズ遮断効果に寄与している。
【００２０】
ボルテージフォロワを構成するＩＣチップ２２が導電性シート１２の内側に配置されていることも電磁波ノイズの影響低減に寄与する。ボルテージフォロワは、検出電極１４におけるインピーダンスをそれより低いインピーダンスに変換する。それゆえ、外部ケーブル３２が外部電磁波ノイズに曝されても、信号に重畳するノイズが検出電極１４に与える影響を低減することができる。
【実施例２】
【００２１】
図４を参照して第２実施例の筋電位計測装置１００を説明する。なお、第１実施例の筋電位計測装置１０と同じ部品には同じ符号を付している。図４は、筋電位計測装置１００の電極ユニット１４０の拡大断面図を示している。第２実施例の電極ユニット１４０は、第１実施例のフレキシブル基板２０、スペーサ２４、及び絶縁材２６の代わりに平板状の基板１２０と、スペーサを兼ねる絶縁材１２６を採用している。絶縁材１２６は、樹脂で形成されており、ＩＣチップ２２を埋設している。また、絶縁材１２６は、外部ケーブル３２のガイド及び固定機能も兼ねている。図４では詳細な結線構造の図示を省略しているが、外部ケーブル３２を通る信号線３４は、絶縁材１２６を通って基板１２０に接続されており、基板１２０を介してＩＣチップ２２の端子群２２ｂに接続している。また、オペアンプの非反転入力端に相当するＩＣチップ２２の端子２２ａが、基板１２０を介して検出電極１４に接続している。図４から明らかなとおり、第２実施例の筋電位計測装置１００でも、絶縁材１２６が導電性シート１２と検出電極１４の間を絶縁しているとともに、導電性シート１２が増幅回路１６のグランド端子に接続している。この筋電位計測装置１００も、第１実施例の筋電位計測装置１０と同じ効果を奏する。
【００２２】
以上、本発明の好適な実施例を説明した。本発明の筋電位計測装置は、単極誘導方式と双極誘導方式のいずれの方式にも適用することができる。双極誘導方式の場合は、基準電極を含む全ての検出電極を導電性シートの内側に配置することが好ましい。単極誘導方式の場合は、不感電極は、検出電極から離れた部位、例えば手首の豆状骨の付近に貼着される。本発明を単極誘導方式に適用する場合は、検出電極を配置した導電性シートとは別の第２の導電性シートの内側に不感電極を配置し、その第２の導電性シートを使って不感電極を人体に取り付けることが好ましい。その場合も、不感電極は第２の導電性シートから絶縁して配置するとともに、第２の導電性シートを増幅回路のグランド端子と接続することが好ましい。
【００２３】
導電性シートと電極ユニット（検出電極）との固定を確実にするために、固定具の周囲を接着剤で固めることも好適である。また、実施例では筒状の導電性シートを採用した。導電性シートは、ファスナやホックなどによって筒を構成することができる平面状のシートであってもよい。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０、１００：筋電位計測装置
１２：導電性シート
１４：筋電位計測用電極（検出電極）
１６：増幅回路
１８、３４：ケーブル
２０：フレキシブル基板
２２：ＩＣチップ
２４：スペーサ
２６、１２６：絶縁材
２８ａ、２８ｂ：固定具
３０：貫通孔
４０、１４０：電極ユニット
１２０：基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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