(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚に接触する少なくとも２つの検出電極および基準電極を備え、前記基準電極の電位を基準電位として前記検出電極のうち２つの間の電位差から筋電位を計測する装置に用いる筋電位測定電極であって、前記検出電極と前記基準電極とを表裏の一面に設けたプレートを備え、前記基準電極は全ての前記検出電極を包囲する形状に形成されていることを特徴とする筋電位測定電極。
【請求項２】
前記基準電極および各検出電極と前記プレートとの間にそれぞれ支持体を備えることを特徴とする請求項１記載の筋電位測定電極。
【請求項３】
前記支持体は可撓性を有することを特徴とする請求項２記載の筋電位測定電極。
【請求項４】
前記支持体は前記基準電極および前記検出電極を皮膚と弾接する方向に付勢する板バネからなることを特徴とする請求項２記載の筋電位測定電極。
【請求項５】
前記検出電極と前記基準電極とが可撓性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の筋電位測定電極。
【請求項６】
前記検出電極と前記基準電極とが金で覆われてい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項に記載の筋電位測定電極。
【請求項７】
前記検出電極および前記基準電極が導電パターンとして前記プレートの表裏の一面に形成されたセラミック基板を備えることを特徴とする請求項１記載の筋電位測定電極。
【請求項８】
前記検出電極および前記基準電極が導電パターンとして前記プレートの表裏の一面に形成されたフレキシブル基板を備えることを特徴とする請求項１記載の筋電位測定電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋電位を測定する装置に用いられ皮膚に接触して筋電位を検出する筋電位測定電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、筋肉の活動によって生じる筋電位を皮膚に接触させた筋電位測定電極によって検出し、発揮筋力や筋疲労の状態を推定する筋電位測定装置が、リハビリテーションなどの運動訓練に用いられている。
【０００３】
この種の筋電位測定装置は、皮膚に接触する２つの検出電極および基準電極を備え、基準電極の電位を基準電位に用い、両検出電極間の電位差を筋電位として検出する。
【０００４】
上述のような筋電位測定装置において２つの検出電極と基準電極とをそれぞれ皮膚表面上に装着することによる手間を軽減するため、特開平８−２９９２９４号公報には２つの検出電極と基準電極とを１つのプレートに一体化する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の筋電位測定電極は検出電極と基準電極とが同形状に形成されプレート上において例えば３角形の各頂点にそれぞれ配置されていて、筋電位の測定対象となる筋肉に応じた部位に位置を合わせて両検出電極を装着するだけでなく、基準電位と検出電極による測定電位との関係が測定毎に変化しないように基準電極の位置も合わせなければならず、装着の際の位置合わせに手間がかかっていた。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、装着時の位置合わせが容易な筋電位測定電極を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、皮膚に接触する少なくとも２つの検出電極および基準電極を備え、前記基準電極の電位を基準電位として前記検出電極のうち２つの間の電位差から筋電位を計測する装置に用いる筋電位測定電極であって、前記検出電極と前記基準電極とを表裏の一面に設けたプレートを備え、前記基準電極は全ての前記検出電極を包囲する形状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記基準電極および各検出電極と前記プレートとの間にそれぞれ支持体を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、前記支持体は可撓性を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２記載の発明において、前記支持体は前記基準電極および前記検出電極を皮膚と弾接する方向に付勢する板バネからなることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記検出電極と前記基準電極とが可撓性を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記検出電極と前記基準電極とが金で覆われていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１記載の発明において、前記検出電極および前記基準電極が導電パターンとして前記プレートの表裏の一面に形成されたセラミック基板を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１記載の発明において、前記検出電極および前記基準電極が導電パターンとして前記プレートの表裏の一面に形成されたフレキシブル基板を備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態における筋電位測定電極１は、図１に示すように２つの検出電極２と、両検出電極２を包囲する矩形枠状の基準電極３とを矩形状のプレート４の表裏の一面に備える。基準電極３は短手方向と長手方向とのそれぞれについて線対称となる形状であって、両検出電極２は基準電極３の長手方向に沿った対称線上であって短手方向に沿った対称線を挟んで等距離に配置されている。
【００１７】
この筋電位測定電極１は、例えば図５に示すような筋電位測定装置に用いられる。この筋電位測定装置は筋電位測定電極１を備え身体の被測定部に装着される計測装置Ａと、計測装置Ａと別体に形成され測定結果を表示する表示装置Ｂとからなる。
【００１８】
計測装置Ａは筋電位測定電極１のほか、基準電極３を回路グランドに接続して基準となる基準電位に用い、両検出電極２間の電位差として検出された筋電位信号を増幅する増幅部ａと、増幅部ａで増幅された筋電位信号をもとに演算を行い発揮筋力および筋疲労の推定値を測定結果として出力する信号処理部ｂと、信号処理部ｂの出力した測定結果を人体を媒体とする伝送路もしくは無線伝送路を通して表示装置Ｂに送信するデータ送信部ｃと、計測装置Ａの各部に電力を供給する電源部ｄとを備える。また、表示装置Ｂは、データ送信部ｃが送信した測定結果を受信するデータ受信部ｅと、データ受信部ｅから測定結果が入力される表示制御部ｆと、表示制御部ｆの制御に従って測定結果を表示する液晶パネルｇと、表示装置Ｂの各部に電力を供給する電源部ｈとを備える。
【００１９】
詳しく説明すると、増幅部ａは、高入力インピーダンスであるインピーダンス変換部ａ１と、筋電位信号からノイズを除去するフィルタａ２と、筋電位信号を増幅するアンプａ３とを備える。また、信号処理部ｂは、増幅された筋電位信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部ｂ１と、筋電位信号をもとに発揮筋力と筋疲労とを推定する演算処理部ｂ２とを備える。演算処理部ｂ２は筋電位信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことによって周波数成分を抽出し、筋電位信号のパワースペクトルのうち所要の周波数帯域の積分値を予め記憶された最大筋収縮時の値と比較して発揮筋力を推定するとともに、筋電位信号の中心周波数もしくは平均周波数の低下から筋疲労を推定する。このようにして求めた発揮筋力および筋疲労の推定値がデータ送信部ｃおよびデータ受信部ｅを介して表示制御部ｆに伝送され、表示制御部ｆを通して液晶パネルｇに表示される。
【００２０】
ところで、各検出電極２および基準電極３は、図２に示すように矩形状のプレート４の表裏の一面にそれぞれ突出した支持部５の先端に支持され、基準電極３とプレート４との間には隙間６が形成されている。各検出電極２および基準電極３はそれぞれ可撓性材料から形成されていて、表面には金メッキが施されている。
【００２１】
本実施形態によれば、基準電極３は検出電極２を包囲する形状に形成されているので、基準電極３の電位は検出電極２の周囲の電位の平均になる。しかも、両検出電極２と基準電極３とは上述のように対称な位置関係に配置されているから、検出電極２の位置が入れ替わっても基準電極３の電位がほとんど変化しない。つまり装着の際は基準電極３の位置を考慮することなく検出電極２の位置を合わせるだけでよいから装着時の位置合わせが容易である。また、基準電極３は回路グランドと接続されかつ検出電極２を全周に亘って囲んでいるから外乱の影響を抑制することができる。
【００２２】
また、検出電極２および基準電極３が可撓性を有するので、皮膚表面に押しつけられた検出電極２および基準電極３が皮膚表面の形状に合わせて変形することにより検出電極２および基準電極３と皮膚との接触面積がより広くなり、安定して筋電位を検出することができる。さらに、検出電極２および基準電極３が金で覆われていることにより耐食性が向上する。
【００２３】
ここで、検出電極２と基準電極３とがプレート４に一体化された従来の筋電位測定電極１において、検出電極２および基準電極３だけでなくプレート４が皮膚に密着すると、体表面からの熱の発散が妨げられ、したがって長時間装着しているとたまった熱により発汗が促進されて使用者に不快感を与え、同時に汗は皮膚に比べて導電率が高いので両検出電極２間の電位差が低下し筋電位を検出することが難しくなる。一方、本実施形態においては、支持体５が設けられていることにより各検出電極２および基準電極３がプレート４から離れている。したがって各検出電極２および基準電極３を皮膚に押しつけてもプレート４が皮膚と密着しないので体表面からの放熱が阻害されにくく、発汗が低減される。また、基準電極３とプレート４との間に隙間６が形成されているので通気性が向上し、発汗がさらに低減される。つまり、本実施形態の構成を採用することにより、使用者の不快感が軽減されるとともに両検出電極２間に比較的に高い電位差が得られ筋電位の検出が容易になる。
【００２４】
（実施形態２）
本実施形態における筋電位測定電極１は、図３に示すように各検出電極２を包囲してプレート４の厚み方向に案内するガイド７がプレート４に立設されている。また、ガイド７の内側において検出電極２とプレート４との間に挟まれプレート４の側で開き検出電極２の側で閉じた断面Ｖ字状の板バネが支持体５として設けられている。基準電極３の支持体５にも同様の板バネが用いられていて、支持体５は各検出電極２および基準電極３を皮膚に弾接する方向に付勢する。そして、検出電極２とインピーダンス変換部ａ１とを接続するリード８がガイド７から引き出されている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００２５】
上記構成によれば、実施形態１と同様の効果に加えて以下の効果を奏する。支持体５として板バネを用いたことにより、装着部位の体表面の形状に応じて各板バネが弾性変形して検出電極２および基準電極３が皮膚に押しつけられるから、検出電極２および基準電極３が確実に皮膚と接触し、また、筋収縮によって体表面の形状が変化しても安定して筋電位を測定することができる。ところで、特開平９−２１５６６７号公報および実開平５−７４５０１号公報では、皮膚に弾接する方向に電極を付勢するコイル状のバネを備える構成が示されている。しかし、バネ内部には商用電源などからの誘導による電圧が発生し、コイル状のバネを用いると誘導によって発生する電圧が大きいことから微小な電気信号である筋電位を測定する上で無視できない影響を与える。一方、本実施形態においてはコイル状のバネに比べて導電路が短い板バネを支持体５として用いるので誘導により発生する電圧の影響が無視できる程度に抑えられるから、支持体５としてコイル状のバネを用いる場合に比べてノイズが低減される。
【００２６】
ここで、板バネは検出電極２および基準電極３を皮膚に弾接する方向に付勢すればよく、板バネの形状および取り付け位置は本実施形態に限定されない。また、支持体５として板バネの代わりに例えばシリコンゴム、アクリル、発泡プラスチックなど可撓性を有するほかの部材を用いても同様の効果が得られる。
【００２７】
（実施形態３）
本実施形態の筋電位測定電極は、平板状のセラミックからなるプレート４に２つの検出電極２と両方の検出電極２を包囲する基準電極３とが導電パターンとして形成されたセラミック基板を備える。検出電極２および基準電極３は例えばスパッタや蒸着によって形成したり、導電ペーストを印刷したり、金属箔を貼着したりすることによって形成できる。
【００２８】
上記構成によれば、検出電極２および基準電極３が導電パターンによって形成されているので、新たに別体の部材によって検出電極２および基準電極３を設ける必要がなくコストを低減することができる。また、通常セラミック基板に用いられるセラミックは絶縁性が高いので、電流の漏れによる損失を低く抑えることができる。さらに、セラミック基板を用いるから、増幅部ａや信号処理部ｂのような測定用の回路をセラミック基板上に検出電極２および基準電極３とともに実装することができ、この場合は信号路を短縮しノイズの影響を低減することができる。
【００２９】
（実施形態４）
本実施形態の筋電位測定電極は、フィルム状の合成樹脂からなるプレートに２つの検出電極２と両方の検出電極２を包囲する基準電極３とが導電パターンとして形成されたフレキシブル基板を備える。
【００３０】
上記構成によれば、検出電極２および基準電極３が導電パターンによって形成されたフレキシブル基板を備えるので、新たに別体の部材によって検出電極２および基準電極３を設ける必要がなくコストを低減することができる。また、装着部位の形状に応じてフレキシブル基板を変形させることにより検出電極２および基準電極３を皮膚に密着させることができ、安定して筋電位を検出することができる。
【００３１】
上述した各実施形態では検出電極２を２つとした例を示したが、検出電極２を３つ以上としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、基準電極は全ての検出電極を包囲する形状であるので、基準電極の電位の値は検出電極の周囲の皮膚表面上の電位の平均値であるから、例えば２つの検出電極の位置が互いに入れ替わるように筋電位測定電極を装着しても基準電極の電位は同程度になる。したがって検出電極の位置のみを適切に選べばよいから、装着時の位置合わせが容易である。また、基準電極を回路グランドと接続した場合は外乱の影響を抑制することができる。
【００３３】
請求項２の発明は、検出電極および基準電極とプレートとの間に支持体を備えるので、検出電極および基準電極を皮膚に接触させているときにプレートと皮膚とが密着することを防ぐことができる。したがって支持体がない場合に比べてプレートが皮膚からの放熱を妨げにくいので、長時間装着しても発汗が少ない。
【００３４】
請求項３の発明は、支持体が可撓であるので、体表面の形状に応じて各検出電極および基準電極がそれぞれプレートに対して相対的に変位することにより検出電極および基準電極が確実に皮膚と接触し、また、筋収縮によって体表面の形状が変化しても検出電極および基準電極と皮膚との接触圧が確保され安定して筋電位を測定することができる。
【００３５】
請求項４の発明は、支持体として板バネを用いるので、請求項３と同様の効果を得ることができるほか、商用電源などからの誘導によってバネ内部に発生する電圧が支持体としてコイル状のバネを用いた場合に比べて低く抑えられ、したがってノイズが低減される。
【００３６】
請求項５の発明は、検出電極および基準電極が可撓であるので皮膚表面に押しつけられた検出電極および基準電極が皮膚表面の形状に合わせて変形することにより検出電極および基準電極と皮膚との接触面積がより広くなり、安定して筋電位を検出することができる。
【００３７】
請求項６の発明は、検出電極および基準電極が金で覆われることにより電極の耐食性が向上する。
【００３８】
請求項７の発明は、検出電極および基準電極が導電パターンによって形成されたセラミック基板を備えるので、新たに別体の部材によって検出電極および基準電極を設ける必要がないからコストを低減することができ、また通常セラミック基板に用いられるセラミックは絶縁性が高いので、電流の漏れによる損失を低く抑えることができる。さらに、セラミック基板を用いるから、測定用の回路をセラミック基板上に電極とともに実装することができ、この場合は信号路を短縮しノイズの影響を低減することもできる。
【００３９】
請求項８の発明は、検出電極および基準電極が導電パターンによって形成されたフレキシブル基板を備えるので、新たに別体の部材によって検出電極および基準電極を設ける必要がないからコストを低減することができる。またフレキシブル基板を体表面の形状に合わせて変形させ検出電極および基準電極と皮膚とを密着させることにより、安定して筋電位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す平面図である。
【図２】同上を示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態２を示す要部断面図である。
【図４】筋電位測定装置の例を示すブロック図である。
【図５】筋電位測定装置の使用例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  筋電位測定電極
２  検出電極
３  基準電極
４  プレート
５  支持体
【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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