(57)【要約】【課題】対象者がある運動を行ったときに筋肉にかかる負担を定量的に予測する。【解決手段】被験者の筋力に関わる属性と被験者が宅内で日常的に行う立ち座り運動又はまたぎ運動を行ったときに筋肉にかかる筋負担量並びに立ち座り運動又はまたぎ運動の運動量との対応関係をそれぞれ保持する立ち座り運動用データベース１並びにまたぎ運動用データベース２と、立ち座り運動用及びまたぎ運動用の各データベース１，２を参照して入力手段３から入力された対象者の筋力に関わる属性データに対応した筋負担量を求める演算手段４とを備える。演算手段４は被験者が所定の運動を行ったときに発生する筋放電の絶対量の積分値を、基準とする運動量の当該運動を行ったときの前記積分値で除した筋電積分値比を筋負担量として求める。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の筋力に関わる属性と当該被験者が宅内で日常的に行う所定の運動を行ったときに筋肉にかかる筋負担量並びに当該運動の運動量との対応関係を保持するデータベースと、シミュレーションの対象者の筋力に関わる属性並びに運動量に関わる属性の各データを入力する入力手段と、データベースを参照して入力手段から入力された対象者の筋力に関わる属性データに対応した筋負担量を求める演算手段とを備え、被験者が所定の運動を行ったときに発生する筋放電の絶対量の積分値を、基準とする運動量の当該運動を行ったときの前記積分値で除した筋電積分値比を筋負担量としたことを特徴とする筋負担シミュレーション装置。
【請求項２】
少なくとも年齢、身長、体重又は性別の何れかを被験者並びに対象者の筋力に関わる属性としたことを特徴とする請求項１記載の筋負担シミュレーション装置。
【請求項３】
宅内で使用される物品若しくは設備の高さ寸法を運動量に関わる属性としたことを特徴とする請求項１又は２記載の筋負担シミュレーション装置。
【請求項４】
演算手段は、データベースを参照して所定の筋負担量に対応した高さ寸法を求めることを特徴とする請求項３記載の筋負担シミュレーション装置。
【請求項５】
同一の被験者が運動を補助する補助具を用いた場合における被験者の筋力に関わる属性と筋負担量並びに運動量との対応関係をデータベースに保持することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の筋負担シミュレーション装置。
【請求項６】
演算手段は、補助具を用いない場合の筋負担量と補助具を用いた場合の筋負担量との比を求めることを特徴とする請求項５記載の筋負担シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の運動を行ったときの筋負担をシミュレーションする筋負担シミュレーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、「すべり」や「つまづき」が原因で高齢者が住宅内で事故にあうケースが多いことから、そのような事故を未然に防ぐために階段、浴室、トイレといった場所に手すりを設置したり、床面の段差を少なくした住宅（いわゆる「バリアフリー住宅」）の供給が年々増加している。また、住宅内で使用される椅子や腰掛け台などの物品若しくは式台や浴槽などの設備についても高齢者にとってより安全なものが求められている。
【０００３】
ところが、これまでの住宅設計や上記物品若しくは設備の設計においては、例えば浴室の洗い場の床面から浴槽の縁までの高さ（以下、「またぎ高さ」と呼ぶ）を決める際に建築設計資料集成（日本建築学会編）などを参考にしていたが、上記資料では標準的な身体特性の人を基準としており、使用者毎の個人の特性に適合させるまでには至っていなかった。例えば浴槽に入る又は浴槽から出るという運動を行ったときに筋肉にかかる負担が各個人の年齢や身長、体重あるいは性別といった属性によって異なっているので、上記資料に基づいて設計したのでは使用者個人の属性に適した浴槽のまたぎ高さを設計することが困難であった。
【０００４】
一方、住宅内における人の行動をコンピュータでシミュレーションするシステムが従来より提供されている（特許文献１参照）。しかしながら、かかる行動シミュレーションシステムでは、コンピュータの仮想空間に存在するマネキンに宅内における人の行動を模擬させているだけで、上記物品や設備の使用者毎の個人の特性に適合させた設計を支援することはできない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２４５４８４号公報（第５−９頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように住宅内で使用する物品や設備の設計において、実際に使用する使用者個人の年齢や身体特性等を考慮した設計基準というものがこれまでは存在していなかった。例えば、椅子のように使用に際して「立ち座り」の運動を伴う物品や、浴槽のように使用に際して「またぎ」の運動を伴う設備を設計する場合に、当該運動によって生じる筋力の負担量（以下、「筋負担量」と呼ぶ）を考慮して設計することは行われていなかった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、対象者がある運動を行ったときに筋肉にかかる負担を定量的に予測できる筋負担シミュレーション装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、被験者の筋力に関わる属性と当該被験者が宅内で日常的に行う所定の運動を行ったときに筋肉にかかる筋負担量並びに当該運動の運動量との対応関係を保持するデータベースと、シミュレーションの対象者の筋力に関わる属性並びに運動量に関わる属性の各データを入力する入力手段と、データベースを参照して入力手段から入力された対象者の筋力に関わる属性データに対応した筋負担量を求める演算手段とを備え、被験者が所定の運動を行ったときに発生する筋放電の絶対量の積分値を、基準とする運動量の当該運動を行ったときの前記積分値で除した筋電積分値比を筋負担量としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、少なくとも年齢、身長、体重又は性別の何れかを被験者並びに対象者の筋力に関わる属性としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、宅内で使用される物品若しくは設備の高さ寸法を運動量に関わる属性としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、演算手段は、データベースを参照して所定の筋負担量に対応した高さ寸法を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、同一の被験者が運動を補助する補助具を用いた場合における被験者の筋力に関わる属性と筋負担量並びに運動量との対応関係をデータベースに保持することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、演算手段は、補助具を用いない場合の筋負担量と補助具を用いた場合の筋負担量との比を求めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態における筋負担シミュレーション装置は汎用のコンピュータに専用のソフトウェアを搭載して構成されるものであって、図１に示すように被験者の筋力に関わる属性と被験者が宅内で日常的に行う立ち座り運動を行ったときに筋肉にかかる筋負担量並びに立ち座り運動の運動量との対応関係を保持する立ち座り運動用データベース１と、被験者の筋力に関わる属性と被験者が宅内で日常的に行うまたぎ運動を行ったときに筋肉にかかる筋負担量並びにまたぎ運動の運動量との対応関係を保持するまたぎ運動用データベース２と、シミュレーションの対象者の筋力に関わる属性並びに運動量に関わる属性の各データを入力する入力手段３と、立ち座り運動用及びまたぎ運動用の各データベース１，２を参照して入力手段３から入力された対象者の筋力に関わる属性データに対応した筋負担量を求める演算手段４と、演算手段４によって求められた筋負担量を出力する出力手段５とを備えている。
【００１６】
入力手段３はキーボードやマウス等のコンピュータに用いられる一般的な入力デバイスからなり、出力手段５はＣＲＴや液晶パネルを有するディスプレ装置からなり、演算手段４はコンピュータが具備するＣＰＵやメモリ並びに入出力ポート等からなる。また２つのデータベース１，２はハードディスク装置のような大容量の記憶装置に記憶されたデータ（被験者の属性データ、各運動に対する筋負担量のデータ、各運動の運動量のデータ）の集合体からなり、後述する実験結果に基づいて上記各データ間の対応関係が規定されている。
【００１７】
次に２つのデータベース１，２を作成するために本発明者が行った実験について説明する。本実験では、５０歳以上の女性被験者３０名を対象に立ち座り及びまたぎ運動において運動量（立ち座り高さ及びまたぎ高さ）を変えながら筋負担量を計測した。筋負担量を計測するため、被験者の両脚の外側広筋と前頸骨筋に対して表面筋電法により筋電図（筋放電量）の測定を行った。また、実験に先立って被験者の身体特性として身長、体重等を測定した。
【００１８】
各被験者について立ち座り高さを２００［ｍｍ］、３００［ｍｍ］、被験者の座面高、５００［ｍｍ］の４通りに変化させ、立ち居から着座→（静止）→起立→（静止）→着座の運動を数回繰り返して筋放電量を計測し、またぎ高さを３００［ｍｍ］、４００［ｍｍ］、５００［ｍｍ］の３通りに変化させ、横向きで左方向にまたぎ→（静止）→右方向にまたぎの一往復の運動を数回繰り返して筋放電量を計測した。また、各運動において手すりをつかんだ行った場合の筋放電量も計測した。
【００１９】
手すりを使わない場合と使う場合の立ち座りについての実験結果を図２及び図３に示す。図２は年齢が５０〜６４歳の被験者、図３は年齢が６５歳以上の被験者の結果であり、各図における（ａ）は右外側広筋、（ｂ）は左外側広筋、（ｃ）は右前頸骨筋、（ｄ）は左前頸骨筋の計測結果である。ここで、各被験者が踵を床面につけた状態で膝関節が９０度になるように椅子に座ったときの床面から座面までの高さを座面高と定義し、立ち座り高さを座面高で除した座面高比を求めてデータを正規化するとともに、上記立ち座り運動を１回行ったときの筋放電量の絶対値の時間積分（以下、筋電積分値と呼ぶ）を求め、個々の立ち座り高さで計測された筋電積分値を座面高で計測された筋電積分値で除した筋電積分値比を求めてデータを正規化し、座面高比と筋電積分値比の関係式を求めると各図中に直線で示した一次関数で近似できることが判った。なお、各図における実線イが手すりを使わない場合、実線ロが手すりを使う場合の上記関係式を示している。
【００２０】
而して、上記関係式を用いれば、シミュレーションの対象者個人の筋力に関わる属性（年齢、身長、体重、性別）と運動量（座面高比）から立ち座り運動において筋肉にかかる負担、すなわち筋負担量が筋電積分値比として求めることができる。但し、対象者個人の筋力に関わる属性においては、座面高を直接計測した値がなくても、身長と座面高の対応関係を求めたデータベースを用意しておけば身長から容易に推定できる。なお、立ち座り運動の実験結果についてのみ説明したが、またぎ運動の実験結果についても同様の実験結果が得られており、正規化されたまたぎ高さと筋電積分値比について一次関数の関係式が求められる。同じく他の年齢層や性別についても同様の実験を行って関係式を求めることが可能である。
【００２１】
そして、上述の実験によって求められた年齢及び性別毎の関係式（一次関数）の各年代（５０〜６４歳、６５歳以上）毎の傾きを２次関数で近似した関係式（以下、［傾き関係式］と呼ぶ）を求め（図４参照）、この傾き関係式が立ち座り運動用データベース１及びまたぎ運動用データベース２にそれぞれ登録されている。
【００２２】
次に図５のフローチャートに基づいて本実施形態の動作を説明する。
【００２３】
まず、シミュレーションの対象者の筋力に関わる属性データ（年齢並びに性別）を入力手段３から入力し（ステップ１）、運動量に関わる属性データとして当該対象者が使用する宅内の物品若しくは設備の高さ寸法（例えば、椅子の座面高さ）のデータを入力手段３から入力する（ステップ２）。演算手段４は、入力手段３から入力された運動量に関わる属性データの種類に応じて２つのデータベース１，２のうちから筋負担量の演算に使用するデータベースを判定する（ステップ３）。例えば、入力手段３から入力されたデータが椅子の座面高さであった場合、演算手段４は立ち座り運動用データベース１を使用して近似パラメータ演算を行う（ステップ４）。この近似パラメータ演算では、入力手段３から入力された対象者の年齢から上記傾き関係式を参照して傾きのパラメータを求めて一次関数の関係式を決定する。すなわち、もう一つのパラメータである一次関数の切片については、座面高での筋電積分値を基準として関係式を求めているために理論上は傾きが決まれば一意に決まることになる。例えば対象者が６５歳の女性とすれば、傾き関係式から求められる傾きのパラメータ値が約−１．２となり（図４参照）、この傾きのパラメータ値から図６に示す一次関数の関係式が決定できる。但し、図６における直線イは手すりを使わない場合、破線ロは手すりを使う場合をそれぞれ示している。
【００２４】
続いて、演算手段４は入力手段３から入力された物品の高さ寸法のデータから、手すりを使わない場合の関係式（図６における実線イ）を参照して対象者が当該物品（例えば、椅子）からの立ち座り動作を行った場合における筋負担量（筋電積分値比）を求める（ステップ５）。そして、求めた筋負担量が予め決められた許容範囲内に収まっていれば適合、収まっていなければ不適合と判断し（ステップ６）、適合していれば出力手段５に結果を出力する（ステップ８）。一方、不適合であれば補助具（手すり）を使用するか否かを選択し（ステップ７）、補助具の使用を選択すれば手すりを使用する場合の関係式（図６における破線ロ）を参照して筋負担量を求め（ステップ５）、適合・不適合を判断する（ステップ６）。また、補助具の使用を選択しなければ、別の高さ寸法を入力手段３から入力する（ステップ２）。例えば、対象者の座面高が４００［ｍｍ］で座面高さが３００［ｍｍ］であれば座面高比は０．７５となり、図６に実線イで示した関係式から手すりを用いない場合の筋負担量（筋電積分値比）は約１．３となる。このとき手すりを用いた場合の筋負担量を図６に破線ロで示した関係式から求めると１．０を下回っているから、手すりを用いることで筋負担量が軽減できることが判る。なお、手すりを用いない場合の筋負担量に対する手すりを用いた場合の筋負担量の比で負荷軽減度を表せば、手すりの使用によって筋負担量がどの程度軽減されるかが容易に把握できる。また、入力手段３から所望の筋負担量を入力したときに、演算手段４が立ち座り運動用データベース１又はまたぎ運動用データベース２の何れかを参照して入力された筋負担量が許容範囲内となる物品又は設備の高さ寸法を求めて出力手段５に出力するようにしても構わない。
【００２５】
一方、入力手段３から入力されたデータが浴槽のまたぎ高さであった場合、演算手段４はまたぎ運動用データベース２を使用して近似パラメータ演算を行う（ステップ９）。演算手段４は入力手段３から入力された設備の高さ寸法のデータから、手すりを使わない場合の関係式を参照して対象者が当該設備（例えば、浴槽）の縁をまたぐ動作を行った場合における筋負担量（筋電積分値比）を求める（ステップ１０）。そして、求めた筋負担量が予め決められた許容範囲内に収まっていれば適合、収まっていなければ不適合と判断し（ステップ１１）、適合していれば出力手段５に結果を出力する（ステップ８）。一方、不適合であれば補助具（手すり）を使用するか否かを選択し（ステップ１２）、補助具の使用を選択すれば手すりを使用する場合の関係式を参照して筋負担量を求め（ステップ１０）、適合・不適合を判断する（ステップ１１）。また、補助具の使用を選択しなければ、別の高さ寸法を入力手段３から入力する（ステップ２）。
【００２６】
上述のように本実施形態では、入力手段３から対象者の属性（この場合は年齢と性別）を入力し、運動量に関わる物品若しくは設備の高さ寸法を入力すれば、両データベース１，２に保持されている関係式を使って対象者の筋負担量がシミュレーションでき、個人の属性に応じた身体的負担の少ない物品や設備の設計を支援することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では対象者の筋力に関わる属性として年齢と性別を用い、身長及び体重については年齢と性別に対応した平均的な値で代表しているが、対象者の身長や体重のパラメータを加えれば一層正確なシミュレーションが可能である。また、体重のパラメータについては基本的に身長のパラメータとともに用い、ＢＭＩ（Ｂｏｄｙ  Ｍａｓｓ  Ｉｎｄｅｘ）により身長に応じた標準体重を求め、標準体重との差に応じて筋電積分値に二次関数的な重み付けを行うようにすればよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、被験者の筋力に関わる属性と当該被験者が宅内で日常的に行う所定の運動を行ったときに筋肉にかかる筋負担量並びに当該運動の運動量との対応関係を保持するデータベースと、シミュレーションの対象者の筋力に関わる属性並びに運動量に関わる属性の各データを入力する入力手段と、データベースを参照して入力手段から入力された対象者の筋力に関わる属性データに対応した筋負担量を求める演算手段とを備え、被験者が所定の運動を行ったときに発生する筋放電の絶対量の積分値を、基準とする運動量の当該運動を行ったときの前記積分値で除した筋電積分値比を筋負担量としたことを特徴とし、対象者がある運動を行ったときに筋肉にかかる負担を定量的に予測できる。
【００２９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、少なくとも年齢、身長、体重又は性別の何れかを被験者並びに対象者の筋力に関わる属性としたことを特徴とし、比較的容易に得られるデータを用いてシミュレーションが可能であるから使い勝手が良い。
【００３０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、宅内で使用される物品若しくは設備の高さ寸法を運動量に関わる属性としたことを特徴とし、物品や設備の高さ寸法に応じた筋負担量がシミュレーションできて個人の属性に応じた身体的負担の少ない物品や設備の設計を支援することができる。
【００３１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、演算手段は、データベースを参照して所定の筋負担量に対応した高さ寸法を求めることを特徴とし、物品や設備の設計に必要な高さ寸法がすぐに得られる。
【００３２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、同一の被験者が運動を補助する補助具を用いた場合における被験者の筋力に関わる属性と筋負担量並びに運動量との対応関係をデータベースに保持することを特徴とし、補助具を用いる場合と用いない場合の筋負担量をそれぞれ個別にシミュレーションできる。
【００３３】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、演算手段は、補助具を用いない場合の筋負担量と補助具を用いた場合の筋負担量との比を求めることを特徴とし、補助具を用いない場合の筋負担量と補助具を用いた場合の筋負担量が容易に比較できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における立ち座り運動用データベースを作成するための実験データを示す図である。
【図３】同上における立ち座り運動用データベースを作成するための実験データを示す図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明用のフローチャートである。
【図６】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１  立ち座り運動用データベース
２  またぎ運動用データベース
３  入力手段
４  演算手段
５  出力手段
【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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