(57)【要約】【課題】計測具の着用が容易で、かつ動きが激しい運動においても筋肉の活動量を高精度に決定できる筋活動量決定装置を提供すること。【解決手段】ユーザが所定の運動をしている時の前記ユーザの筋肉の形状を取得する形状取得部２０１と、前記ユーザが前記運動をしている時の前記ユーザの筋肉の位置を特定する位置特定部２０２と、筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準を参照し、位置特定部２０２で特定された前記筋肉の前記位置及び形状取得部２０１で取得された前記筋肉の前記形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定する決定回路２０３と、決定回路２０３で決定された前記活動量を出力する出力部２０４と、を備える。【選択図】図６
2017094054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザが所定の運動をしている時の前記ユーザの筋肉の形状を取得する形状取得部と、
前記ユーザが前記運動をしている時の前記ユーザの筋肉の位置を特定する位置特定部と、
筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準を参照し、前記位置特定部で特定された前記筋肉の前記位置及び前記形状取得部で取得された前記筋肉の前記形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定する決定回路と、
前記決定回路で決定された前記筋肉の活動量を出力する出力部と、
を備える筋活動量決定装置。
【請求項２】
前記所定の運動は、前記ユーザがペダルを漕ぐ運動である、
請求項１に記載の筋活動量決定装置。
【請求項３】
前記筋肉は前記ユーザの脚に含まれ、
前記形状取得部は、前記ユーザの脚の前記筋肉を含む断面における前記筋肉の形状を取得し、
前記決定回路は、前記筋肉の形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定する、
請求項１に記載の筋活動量決定装置。
【請求項４】
前記形状取得部は、
前記ユーザの脚に配置されたセンサを用いて、前記脚の断面における３点を結ぶ折れ線がなす角度を、前記筋肉の形状として取得し、
前記決定回路は、前記角度を用いて、前記筋肉の活動量を決定する、
請求項１に記載の筋活動量決定装置。
【請求項５】
前記形状取得部は、前記ユーザの脚に配置された第１のセンサ、第２のセンサ、及び第３のセンサを用いて、前記第１のセンサと前記第２のセンサとを結ぶ第１の直線と、前記第１のセンサと前記第３のセンサとを結ぶ第２の直線とがなす角度を、前記筋肉の形状として取得する、
請求項１に記載の筋活動量決定装置。
【請求項６】
前記位置特定部は、前記ユーザの前記筋肉を含む大腿部の水平面からの傾き角度に基づいて、前記筋肉の前記位置を特定する、
請求項１に記載の筋活動量決定装置。
【請求項７】
前記位置特定部は、前記ペダルに配置される回転角度センサから回転角度を取得し、前記取得した前記ペダルの角度を、前記筋肉の前記位置として特定する、
請求項２に記載の筋活動量決定装置。
【請求項８】
前記決定回路は、前記筋肉の前記位置に応じて、複数の決定基準から１つの決定基準を選択し、選択した決定基準を参照して、前記筋肉の前記形状を用いて、前記筋肉の前記活動量を決定する、
請求項１に記載の筋活動量決定装置。
【請求項９】
前記決定回路は、前記筋肉の前記位置が所定の範囲内にあるか否かによって、前記複数の決定基準から異なる決定基準を選択する、
請求項８に記載の筋活動量決定装置。
【請求項１０】
前記決定回路は、
前記筋肉の前記運動における前記位置が第１の範囲にある場合には、前記角度が閾値よりも大きい場合に、前記活動量が多いと決定し、
前記筋肉の前記運動における前記位置が前記第１の範囲とは異なる第２の範囲にある場合には、前記角度が閾値よりも小さい場合に、前記活動量が多いと決定する、
請求項４又は５に記載の筋活動量決定装置。
【請求項１１】
前記決定回路は、
前記筋肉の前記運動における前記位置が第３の範囲にある場合には、前記角度が閾値よりも小さい場合に、前記活動量が多いと決定し、
前記筋肉の前記運動における前記位置が前記第３の範囲とは異なる第４の範囲にある場合には、前記角度が閾値よりも小さい場合に、前記活動量が多いと決定する、
請求項４又は５に記載の筋活動量決定装置。
【請求項１２】
形状取得部により、ユーザが運動をしている時の前記ユーザの筋肉の形状を取得し、
位置特定部により、前記ユーザが前記運動をしている時の前記ユーザの筋肉の位置を特定し、
決定回路により、筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準を参照し、前記位置特定部で特定された前記筋肉の前記位置及び前記形状取得部により取得された前記筋肉の前記形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定し、
出力部により、前記決定回路で決定された前記筋肉の活動量を出力する、
筋活動量決定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の筋活動量決定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】
本開示は、運動時の筋活動量を決定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動のパフォーマンスを改善、評価するための指標として、筋活動の測定は重要である。筋活動を測定する代表的な方法として、表面筋電（対象筋の近傍の体表で計測される筋電信号）を用いる方法がある。例えば特許文献１は、表面筋電を用いた次のような筋活動の測定方法を開示している。すなわち、ユーザの対象筋の表面に電極を貼り付け、当該ユーザに最大強度の運動をさせたときに当該電極によって検知された最大活動筋電位を基準測定データとする。そして、当該ユーザの運動中に逐次検知される筋電位信号の当該基準測定データに対する大きさの割合を、当該ユーザの筋活動として評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、表面筋電を用いて筋活動を測定する方法では、運動により電極がずれたり、外れたりすることで発生するノイズのために、正しく筋活動が測定できない場合がある。例えば、導電性の布を電極として組み込んで、ユーザが着れば筋電信号を計測可能なウェアがあるが、そのようなウェアを用いる場合には、着用が容易な反面、電極を皮膚に固定しないため電極ずれや電極外れが多発する。つまり、表面筋電を用いる方法では、正しい測定を行うために、ユーザは、電極を、皮膚と電気的に確実に接続された状態が常に維持されるように装着する必要があるが、そのような電極の装着は必ずしも容易ではない。この問題は、動きが激しい運動において、特に顕著である。
【０００５】
本開示の非限定的で例示的な一態様は、計測具の着用が容易で、かつ動きが激しい運動においても筋肉の活動量を高精度に決定できる筋活動量決定装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る筋活動量決定装置は、ユーザが所定の運動をしている時の前記ユーザの筋肉の形状を取得する形状取得部と、前記ユーザが前記運動をしている時の前記ユーザの筋肉の位置を特定する位置特定部と、筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準を参照し、前記位置特定部で特定された前記筋肉の前記位置及び前記形状取得部で取得された前記筋肉の前記形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定する決定回路と、前記決定回路で決定された前記筋肉の活動量を出力する出力部と、を備える。
【０００７】
また、本開示の一態様に係る筋活動量決定方法は、形状取得部により、ユーザが所定の運動をしている時の前記ユーザの筋肉の形状を取得し、位置特定部により、前記ユーザが前記運動をしている時の前記ユーザの筋肉の位置を特定し、決定回路により、筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準を参照し、前記位置特定部で特定された前記筋肉の前記位置及び前記形状取得部により取得された前記筋肉の前記形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定し、出力部により、前記決定回路で決定された前記筋肉の活動量を出力するものである。
【０００８】
なお、この包括的または具体的な態様は、システム、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の記録媒体を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、計測具の着用が容易で、かつ動きが激しい運動においても筋肉の活動量を高精度に決定できる。本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その１以上を得るために全てが必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】開示の基礎となる実験の環境を示す模式図である。
【図１Ｂ】被験者の左脚の太腿回りでの断面の一例を示す断面図である。
【図１Ｃ】マーカ角度の一例を示す図である。
【図２】ペダル位置を表す概念図である。
【図３Ａ】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図３Ｂ】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図３Ｃ】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図３Ｄ】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図４Ａ】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図４Ｂ】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図５】マーカ角度の弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。
【図６】実施の形態１に係る筋活動量決定装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１に係る筋活動量決定装置の外観の一例を示す模式図である。
【図８】実施の形態１に係る大腿部の傾き角度をペダル位置に変換するための変換テーブルの一例を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る決定基準の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係る筋活動量決定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１に係る筋活動量決定装置の動作結果の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態１に係る筋活動量の出力例を示す図である。
【図１３】電極付きパンツの電極位置を示す図である。
【図１４】実験で計測された筋電信号の一例を示すグラフである。
【図１５】筋電センサと筋形状計測装置の組み合わせ例を示す図である。
【図１６】実施の形態２に係る筋活動量決定装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】実施の形態２に係る筋活動量決定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の基礎となった知見）
本願発明者らは、背景技術の欄において記載した筋活動の測定に関し、表面筋電を用いる方法では、電極の装着が容易でないことを指摘した。この問題に対し、本発明者らは、筋肉を収縮させると筋形状が変化することに着目し、表面筋電に比べて装着が容易な計測具を用いて測定できる筋形状から筋活動量を決定することを検討する。
【００１２】
当該検討において、本願発明者らは、筋形状に基づく筋活動量の決定基準を見出すための実験を実施した。本実験について、図面を参照しながら詳述する。
【００１３】
図１Ａは、実験環境を説明する模式図である。本実験では、図１Ａに示す環境において、カメラ１０２を用いて、自転車１０３に乗る被験者１００を撮影した。被験者は、成人男性１名である。
【００１４】
被験者１００の左脚の太腿回りに、８個のマーカ１０４を貼り付けた。
【００１５】
カメラ１０２には、７台の赤外カメラ（ＶＥＮＵＳ３Ｄ、ノビテック製）を用いた。サンプリング周波数は２４０Ｈｚとした。カメラ１０２により、８個のマーカ１０４の動きをキャプチャした。
【００１６】
自転車１０３には、サイクルトレーナを用いて、直立するようにフレームを固定した。被験者１００は、ペダルとロックできる専用シューズを着用した。
【００１７】
図１Ｂは、被験者１００の左脚の前記太腿回りでの断面１０１の一例を示す断面図である。図１Ｂに示すように、被験者１００の前記太腿回りには、前述の８個のマーカ１０４として、マーカ１０４ａ〜１０４ｈが略等間隔に貼り付けられている。断面１０１には、外側広筋１１１、大腿直筋１１２、内側広筋１１３、ハムストリングス１１４が含まれる。
【００１８】
断面１０１における外側広筋１１１及び大腿直筋１１２の形状が、マーカ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの位置に反映される。断面１０１における内側広筋１１３の形状が、マーカ１０４ｄ、１０４ｅの位置に反映される。断面１０１におけるハムストリングス１１４の形状が、マーカ１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈの位置に反映される。本実験では、実用的な便宜のため、隣接する３つのマーカを結ぶ折れ線がなす角度によって筋肉の形状を表す。以下では、当該角度を、短く、マーカの角度と言うことがある。なお、マーカの角度は、筋肉の形状を表現するための一例であり、この例には限定されない。
【００１９】
図１Ｃは、マーカの角度の一例を示す図である。例えば、マーカ１０４ａ並びにマーカ１０４ａの隣にあるマーカ１０４ｈ及び１０４ｂについて、マーカ１０４ａとマーカ１０４ｈとを結ぶ第１の直線Ｌ１と、マーカ１０４ａとマーカ１０４ｂとを結ぶ第２の直線Ｌ２とがなす角度が、マーカ１０４ａの角度θａである。マーカ１０４ｂ〜１０４ｈのそれぞれの角度も、同様に定義される。
【００２０】
本実験での被験者１００のタスクは、次のとおりである。自転車１０３のペダルは、アナログ時計の６時、３時、１２時、９時の各位置に固定した。被験者１００は、前記各位置に固定されているペダルに足を乗せ、自転車１０３を漕ぐ姿勢を取り、大腿部の筋肉を最大筋力で５秒間収縮させ、全く力を入れずに５秒間弛緩させる動作を２セット行った。
【００２１】
図２は、ペダル位置を表す模式図であり、被験者１００の左脚を外側から見た側面図に対応する。図２の（ａ）〜（ｄ）は、６時、３時、１２時、９時のペダル位置をそれぞれ表している。各ペダル位置で、被験者１００の大腿部は水平面から角度φ傾いている。ペダル位置は、被験者１００が所定の運動（本実験では自転車のペダルを漕ぐ運動、ペダリングとも言う）をしているときの前記ユーザの筋肉の位置に対応する。
【００２２】
全てのペダル位置、つまり被験者１００のペダリングにおける筋肉の異なる複数の位置で、前記タスクを実行中の被験者１００から、マーカ１０４ａ〜１０４ｈの動きをキャプチャし、角度θａ〜θｈの時間変化を求めた。そして、角度θａ〜θｈのそれぞれについて、被験者１００が最大筋力を発揮している筋収縮状態での合計１０秒間の平均値（収縮平均）と、全く力を入れない筋弛緩状態での合計１０秒間の平均値（弛緩平均）とを算出した。
【００２３】
図３Ａ〜図３Ｄは、それぞれ６時、３時、１２時、９時のペダル位置で実行されたタスクにおいて、角度θａ及び角度θｅについて算出された弛緩平均及び収縮平均の一例を示すグラフである。図３Ａ〜図３Ｄにおいて、横軸は角度θａ、θｅを区別し、縦軸は角度θａ、θｅを表す。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｄに見られるように、角度θａ、θｅが筋肉の収縮に伴って増加するか減少するかは、ペダル位置によって異なる。例えば、ペダル位置が６時及び３時の場合（図３Ａ、図３Ｂ）、角度θａ及び角度θｅの何れについても、収縮平均が弛緩平均よりも小さくなる。つまり、角度θａ、θｅが筋肉の収縮に伴って減少する。また、ペダル位置が１２時及び９時の場合（図３Ｃ、図３Ｄ）、角度θａ及び角度θｅの何れについても、収縮平均が弛緩平均よりも大きくなる。つまり、角度θａ、θｅが筋肉の収縮に伴って増加する。
【００２５】
図４Ａ、図４Ｂは、図３Ａ〜３Ｄに示した角度θａ及び角度θｅのそれぞれの弛緩平均及び収縮平均を、ペダル位置ごとに比較したグラフである。図４Ａ、図４Ｂにおいて、横軸は角度θａ、θｅを区別し、縦軸は角度θａ、θｅを表す。
【００２６】
図４Ａ、図４Ｂに見られるように、同じ角度θａ又は同じ角度θｅの弛緩平均又は収縮平均であっても、ペダル位置によって大きさが異なる。例えば、図４Ａでは、大腿部に力を入れていないにも関わらず、ペダル位置によって、角度θａ及び角度θｅの何れの弛緩平均の大きさも変化している。さらに、図４Ａと図４Ｂとの比較から、角度θａ及び角度θｅの何れについても、ペダル位置に応じた弛緩平均の変動パターンと収縮平均の変動パターンとが異なっていることが分かる。
【００２７】
このような傾向は角度θａ及び角度θｅについて成り立つが、例えば、角度θｂについては、さらに異なる傾向が見られる。
【００２８】
図５は、上述の実験で角度θｂについて算出された弛緩平均及び収縮平均の一例を表すグラフである。図５において、横軸はペダル位置を表し、縦軸は角度θｂを表す。
【００２９】
図５に見られるように、角度θｂは、角度θａ、θｅとは異なり、ペダル位置によらず、筋肉の収縮に伴って減少する。
【００３０】
本願発明者らは、本実験の結果から、筋形状は、筋収縮のみでなく、被験者１００が行う所定の運動における筋肉の位置（一例として、ペダリングにおけるペダル位置）によっても変化するという、新たな知見を得た。そこで、本願発明者らは、（ａ）被験者１００の筋肉の位置及び当該筋肉の形状と（ｂ）当該筋肉の活動量との対応を示す決定基準に従って、当該筋肉の活動量（活動量が単に多いか少ないかの程度又は傾向による表示を含む）を決定することを提案する。
【００３１】
一例として、図３Ａ〜図３Ｄに示した結果から、次のような決定基準が得られる。すなわち、ペダル位置が６時又は３時を含む範囲にある場合には、角度θａ及び角度θｅが弛緩平均と収縮平均との間に定められる閾値よりも小さい場合に、マーカ１０４ａ及びマーカ１０４ｅにそれぞれ反映される筋肉の活動量が多いと決定する。また、ペダル位置が１２時及び９時の近傍にある場合、角度θａ及び角度θｅが弛緩平均と収縮平均との間に定められる閾値以上のときに、マーカ１０４ａ及びマーカ１０４ｅにそれぞれ反映される筋肉の活動量が多いと決定する。
【００３２】
また、他の一例として、図５に示した結果から、次のような決定基準が得られる。すなわち、ペダル位置が６時、３時、１２時、及び９時の何れを含む範囲にある場合も、角度θｂが弛緩平均と収縮平均との間に定められる閾値よりも小さい場合に、マーカ１０４ｂに反映される筋肉の活動量が多いと決定する。
【００３３】
なお、運動における筋肉の位置が筋形状に影響する原因は、当該筋肉の水平面に対する傾き角度（図２のφ）や、当該筋肉と接続する関節の角度に応じて、当該筋肉にかかる重力の成分や外力が変化するためであり、ペダリングに特有の現象ではない。したがって、筋肉の位置及び筋肉の形状で表された決定基準に従って筋肉の活動量を決定する考え方は、ペダリングに限らず、例えば歩行やウェイトトレーニングなど、種々の運動に適用できる。
【００３４】
以下、本開示の一態様に係る筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３５】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３６】
（実施の形態１）
図６は、実施の形態１に係る筋活動量決定装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図６に示される筋活動量決定装置２００は、所定の運動における筋肉の位置及び当該筋肉の形状を用いて当該筋肉の活動量を決定する装置であり、形状取得部２０１と、位置特定部２０２と、決定回路２０３と、出力部２０４とを備える。
【００３７】
図７は、筋活動量決定装置２００の外観の一例を示す模式図である。図７では、自転車９１０を漕ぐユーザ９００の大腿部の筋活動量を決定する筋活動量決定装置２００の例を示している。筋活動量決定装置２００は、一例として、情報端末９２０（例えば、サイクルコンピュータ、スマートフォン等）、ユーザ９００が大腿部に着用するセンサユニット９３０、及び自転車９１０に取り付けられるセンサユニット９４０で構成される。
【００３８】
形状取得部２０１は、ユーザ９００の筋肉の形状を取得し、取得された形状を表す情報を決定回路２０３に通知する。形状取得部２０１は、所定の周期毎に、ユーザ９００の筋肉の形状を取得する。
【００３９】
ユーザ９００の筋肉の形状の例は、ユーザ９００の肢体の筋肉を含む断面における当該筋肉の形状である。
【００４０】
当該筋肉の形状は、前述の実験に倣って、前記肢体の断面の外周上（例えば、胴回り、腕回り、脚回りなど）に定められた３点（前述の実験における隣接する３つのマーカ）を結ぶ折れ線がなす角度で表されてもよい。
【００４１】
形状取得部２０１のハードウェアには、例えば、モーションキャプチャ、またはユーザ９００が着用するひずみセンサを用いてもよい。
【００４２】
モーションキャプチャを用いる場合、前述の実験と同様、ユーザ９００の脚に配置された第１のマーカ、第２のマーカ、および第３のマーカ（具体的には、筋肉の上に配置された第１のマーカ並びに第１のマーカの隣にある第２のマーカおよび第３のマーカ）のそれぞれの３次元座標から、第１のマーカと第２のマーカとを結ぶ第１の直線と、第１のマーカと第３のマーカとを結ぶ第２の直線とがなす角度を、マーカの角度（すなわち、前記筋肉の形状）として求める。この場合、マーカが、形状取得部２０１を構成するセンサの一例である。なお、第１のマーカ、第２のマーカ、及び第３のマーカが位置する平面は、脚の長軸方向に対して垂直な面であってもよい。
【００４３】
ひずみセンサを用いる場合、筋肉の形状が反映された体表の曲率を、当該ひずみセンサが受けるひずみの大きさによって検出する。体表の曲率は、前記マーカの角度に対応し、前記筋肉の形状を表す。図７のセンサユニット９３０は、ひずみセンサを用いた形状取得部２０１の一例である。
【００４４】
形状取得部２０１は、モーションキャプチャ又はひずみセンサなどを用いて取得した筋肉の形状を表す情報を、例えば無線で、決定回路２０３に送信する。
【００４５】
位置特定部２０２は、ユーザ９００の所定の運動における筋肉の位置を周期的に特定し、特定された位置を表す情報を決定回路２０３に通知する。
【００４６】
ユーザ９００の所定の運動の例は、自転車のペダルを漕ぐ運動である。この運動を自転車のペダリングとも呼ぶ。自転車は、サイクルトレーナを含む。ユーザ９００の筋肉の位置の例は、ペダル位置（前述の実験における６時、３時、１２時、９時の位置）である。
【００４７】
位置特定部２０２には、例えば、モーションキャプチャ、自転車９１０のチェーンホイールの回転角度を検出する回転角度センサ、またはユーザ９００の大腿部の水平面からの傾き角度φ（図２を参照）を検出する傾きセンサを用いてもよい。傾きセンサは、例えば、ユーザ９００の大腿部に固定された地磁気センサ又は加速度センサ、若しくはそれらの組み合わせで構成されてもよい。
【００４８】
回転角度センサを用いる場合、回転角度センサによって得られた回転角度を、ペダル位置（言い換えれば、ペダリングの１回転における角度）とする。図７のセンサユニット９４０は、回転角度センサを用いた位置特定部２０２の一例である。
【００４９】
傾きセンサを用いる場合、位置特定部２０２は、傾きセンサにより検出された大腿部の傾き角度φからペダル位置を算出する。位置特定部２０２は、例えば、あらかじめ用意された変換テーブルを参照することにより、傾き角度φをペダル位置に変換する。
【００５０】
図８は、傾き角度φをペダル位置に変換するための変換テーブル２１１の一例を示す図である。変換テーブル２１１には、あらかじめ、６時、３時、１２時、及び９時の各ペダル位置でユーザ９００の大腿部の水平面からの傾き角度φを測定した結果が、記録されている。
【００５１】
位置特定部２０２は、例えば、変換テーブル２１１に示される各傾き角度φと略同一（例えば、±１０％の範囲内）の角度が傾きセンサによって検出されたとき、変換テーブル２１１の対応するペダル位置を、自転車９１０の現在のペダル位置として特定する。なお、３時及び９時のペダル位置に対応する傾き角度φは、それぞれ９時を含む半周及び３時を含む半周においても検出される。そのため、ペダル位置を必ず６時、３時、１２時、９時の順に特定する制約を設けることで、３時及び９時のペダル位置を誤って特定する不具合を回避してもよい。
【００５２】
傾きセンサを用いる場合、図７のセンサユニット９３０に傾きセンサを追加し、情報端末９２０で上述の変換処理を行ってもよい。つまり、位置特定部２０２は、センサユニット９３０と情報端末９２０とに分離して設けられてもよい。また、センサユニット９３０に、変換テーブル２１１を記憶し上述の変換処理を行うための小規模な回路を設けて、位置特定部２０２をセンサユニット９３０に集約してもよい。
【００５３】
位置特定部２０２は、回転角度センサ又は傾きセンサなどを用いて特定した筋肉の位置を表す情報を、例えば無線で、決定回路２０３に送信する。
【００５４】
決定回路２０３は、筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準を参照して、位置特定部２０２で特定された筋肉の位置及び形状取得部２０１で取得された前記筋肉の形状を用いて、前記筋肉の活動量を決定する回路である。前記活動量は、数値で表示される他、活動が単に多いか少ないかの程度又は傾向で表示されてもよい。
【００５５】
決定回路２０３には、例えば、図７の情報端末９２０に含まれるプロセッサ、メモリ、及び通信回路が用いられる。当該通信回路は、形状取得部２０１及び位置特定部２０２から送信された筋肉の形状及び位置を表す情報を受信する。前記メモリは、前記決定基準を記憶している。そして、前記メモリに記憶されているプログラムを前記プロセッサで実行することによって、筋活動量が決定される。
【００５６】
図９は、決定回路２０３に記憶されている決定基準２１２の一例を示す図である。図９の決定基準２１２は、前述の実験で６時、３時、１２時、９時の４つのペダル位置のそれぞれについて求められた角度θａの収縮平均及び弛緩平均を示している。ここで、１つのペダル位置に対応する収縮平均及び弛緩平均が、筋肉の位置（ペダル位置）及び筋肉の形状（角度θａ）と筋肉の活動量（収縮平均又は弛緩平均）とを対応付けて示す決定基準の例である。つまり、図９の決定基準２１２は、筋肉の異なる位置に対応する４つの決定基準を示している。
【００５７】
なお、図９の決定基準２１２は、角度θａに形状が反映される外側広筋１１１（図１Ｂ、図１Ｃを参照）の活動量を決定するために適しているが、このような決定基準の適用は外側広筋１１１には限られない。例えば、内側広筋１１３やハムストリングス１１４の活動量を決定するために、それぞれ角度θｅや角度θｇに適した決定基準を設定し、角度θａについて行う後述の処理と同様の処理を適用してもよい。
【００５８】
決定回路２０３は、形状取得部２０１から筋肉の形状（角度θａ）を受信し、位置特定部２０２から筋肉の位置（ペダル位置）を受信し、受信した筋肉の位置（ペダル位置）に対応する決定基準を選択する。決定回路２０３は、受信した筋肉の形状（角度θａ）が、選択した決定基準の収縮平均及び弛緩平均を両端とする角度範囲を参照して、筋活動量を決定する。
【００５９】
具体的には、例えば、
筋活動量＝（角度θａ−弛緩平均）／（収縮平均−弛緩平均）×１００  （式１）
なる数式に従って、筋活動量をパーセント表示で決定してもよい。計算結果が０より小さくなる場合は０に補正し、１００より大きくなる場合は１００に補正してもよい。
【００６０】
また、活動量が単に多いか少ないかの程度又は傾向での表示が必要であれば、収縮平均と弛緩平均との間（例えば中点）に閾値を設定し、当該閾値と当該収縮平均との差分よりも角度θａと当該収縮平均との差分が小さい場合に、筋活動量が多いと決定してもよい。つまり、収縮平均が弛緩平均よりも小さい決定基準（ペダル位置が６時又は３時を含む範囲にある場合）では、角度θａが前記閾値よりも小さい場合に、筋活動量が多いと決定する。また、収縮平均が弛緩平均よりも大きい決定基準（ペダル位置が１２時又は９時を含む範囲にある場合）では、角度θａが前記閾値よりも大きい場合に、筋活動量が多いと決定する。
【００６１】
決定回路２０３は、形状取得部２０１及び位置特定部２０２から周期的に受信される筋肉の形状及び位置に従って筋活動量を決定し、筋活動量の決定結果を、出力部２０４に通知する。
【００６２】
出力部２０４は、決定回路２０３から通知された筋活動量の決定結果を出力する。
【００６３】
出力部２０４には、例えば、図７の情報端末９２０に含まれるディスプレイを用いてもよい。出力部２０４は、決定回路２０３から通知された筋活動量を、ディスプレイを介して、ユーザ９００に視覚的にフィードバックする。
【００６４】
出力部２０４は、その他の例として、スピーカを用いても良い。出力部２０４は、スピーカを介して、ユーザ９００に聴覚的にフィードバックする。または、出力部２０４は、情報端末に活動量を出力し、情報端末を振動させることにより、ユーザ９００に触覚的にフィードバックする。例えば、筋活動量が所定以上の場合に、情報端末が振動する。
【００６５】
または、出力部２０４は、メモリへの保存、外部装置（図示せず）に送信を含む機械的に読み取り可能なデータを出力してもよい。
【００６６】
次いで、実施の形態１に係る筋活動量決定方法の例として、筋活動量決定装置２００の動作を説明する。
【００６７】
図１０は、筋活動量決定装置２００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
形状取得部２０１によりユーザ９００の筋肉の形状が取得される（Ｓ１１）。
【００６９】
位置特定部２０２によりユーザ９００が行う所定の運動における前記筋肉の位置が特定される（Ｓ１２）。説明の簡明のため、前記形状の取得と前記位置の特定とは同期しており、略同一時刻における前記筋肉の前記形状と前記位置とが、決定回路２０３に通知されるとする。
【００７０】
決定回路２０３により、筋肉の位置及び筋肉の形状と筋肉の活動量との対応を示す決定基準が参照され、位置特定部２０２で特定された前記位置及び形状取得部２０１で取得された前記形状を用いて前記筋肉の活動量が決定される（Ｓ１３）。
【００７１】
出力部２０４により、決定回路２０３で決定された活動量が出力される（Ｓ１４）。
【００７２】
上述のステップＳ１１〜Ｓ１４を繰り返すことにより、ペダリングの１回転ごとに、６時、３時、１２時、９時のペダル位置での筋活動量が決定される。
【００７３】
図１１は、筋活動量決定装置２００の動作結果の一例を示す図であり、図１０のフローチャートの実行結果２１３を示している。図１１の実行結果２１３では、時刻ｔ１において、ペダル位置が６時と特定され、角度θａとして１２９度が取得される。図９の６時のペダル位置に対応する決定基準が選択され、１２６度の収縮平均と１３８度の弛緩平均とが参照され、前述の（式１）に従って（１２９−１３８）／（１２６−１３８）×１００を計算して、筋活動量が７５％と決定される。時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４においても同様にして、筋活動量がそれぞれ３３％、６７％、１００％と決定される。
【００７４】
図１２は、筋活動量の出力例を示す図である。図１２では、情報端末９２０の液晶表示器である出力部２０４に、図１１の実行結果２１３を表示した例を示している。図１２における左脚の筋活動量として、図１１の６時、３時、１２時、９時のペダル位置での筋活動量の平均値である６９％が表示されている。図１２における右脚の筋活動量も、左脚と同様にして決定された右脚の筋活動量の、ペダリングの１回転における平均値が表示されたものである。
【００７５】
（効果）
以上説明した筋活動量決定装置２００及び筋活動量決定方法によれば、筋肉の位置及び形状に基づいて筋活動量を決定することができる。筋肉の位置及び形状を検出するセンサは、例えば、表面筋電を計測するための電極とは異なり、センサとユーザの皮膚とを電気的に確実に接続された状態に維持しなくても、検出結果にノイズを生じにくい。つまり、容易に装着可能な計測具を用いて、筋活動量を正確に決定できる。また、筋肉の形状と運動における筋肉の位置とを用いることで、例えば、重力や外力による筋肉の変形の影響をキャンセルして、筋活動量をより正確に決定できる。
【００７６】
その結果、計測具の着用が容易で、かつ動きが激しい運動においても筋肉の活動量を高精度に決定できる筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法が得られる。
【００７７】
（実施の形態２）
実施の形態１では、従来の表面筋電を計測するための電極を全く用いない筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法の構成を例示したが、表面筋電の利用を完全に排除する必要はなく、筋肉の形状及び位置と表面筋電とを併用して筋活動量を決定してもよい。
【００７８】
実施の形態２では、筋肉の形状及び位置と表面筋電とを併用する筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法について説明する。
【００７９】
まず、実施の形態２の筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法を得るに至った実験について説明する。
【００８０】
実施の形態１では、対象部位が水平面となす角度と、筋形状を用いて、ユーザが対象筋肉に力を入れているか否かを判定した。実施の形態２では、表面筋電と筋形状を用いてより高精度に筋収縮力を測定する手法について述べる。
【００８１】
図１３に示すように、本願発明者らは、自転車用のパンツの大腿四頭筋に対向する６ヶ所に導電性の布（以降布電極と呼ぶ）を縫い付け、電極ペア１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄを構成した。布電極のサイズは、２８×２８ｍｍで、電極間距離は１０ｍｍとした。さらに、筋電センサの電極を繋ぐために、スナップボタンのオス側の平たい面と布電極を糸で縫い付け、パンツを装着した時に外側から筋電センサの電極を６チャンネル繋いだ。筋電信号として、上の列にある電極とその下にある電極との差動電位を計測した。
【００８２】
布電極の素材は、ポリエステルに銅及びニッケルをコーディングされたものであり、表面抵抗値は０．０３〜０．０５Ω／□である。筋電センサ計として、ポリメイト製の筋電位計測装置を使用した。ハイパスフィルタを１０Ｈｚ、ローパスフィルタを５００Ｈｚとし、サンプリング周波数を１０００Ｈｚとした。
【００８３】
実験タスクについて説明する。被験者に汗をかいた状態から、自転車を１分間立ち漕ぎするよう教示した。回転速度を６０ｒｐｍ（１分に６０周）とした。
【００８４】
図１４は、実験で計測された筋電信号の一例を示すグラフである。図１４では、横軸は時間を表し、縦軸は筋電位を表す。ここで、波形１０６ｂは電極ペア１０５ｂで計測された外側広筋周辺の筋電信号であり、波形１０６ｃは電極ペア１０５ｃで計測された大腿直筋周辺の筋電信号であり、波形１０６ｄは電極ペア１０５ｄで計測された内側広筋周辺の筋電信号である。図１４に見られるように、波形１０６ｄが最も不安定であり、波形１０６ｂは最も安定であることが分かる。
【００８５】
筋電信号が不安定になるのは、布電極が伸縮性のあるパンツと一緒に移動し、接触インピーダンスが変化するためと考えられる。例えば、電極ペア１０５ｄは、内側広筋の近傍にあって、パンツが最もずれやすい場所にあるため、安定して筋電信号を計測することができない。
【００８６】
このように、本願発明者らが実施した実験により、電極を皮膚に固定できない筋電計測用のウェアを用いると、電極ずれが生じやすい部位と、電極ずれが生じにくい部位があることが明らかになった。
【００８７】
そこで、本願発明者らは、実験から得られた上述の知見に基づき、電極ずれが生じやすい部位と生じにくい部位とで、それぞれ筋形状センサ及び筋電センサを併用する筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法を提案する。
【００８８】
具体的には、図１５に示すように、大腿部の場合には、内側広筋の周辺は筋電信号が安定に計測できない場所であるため、ずれの影響を受けにくい筋形状センサ（例えば、マーカ１０４ｄ〜１０４ｆ）を用いることが有効である。また、筋電信号が安定に計測できる場所（たとえば外側広筋）では筋電センサ（例えば、電極ペア１０５ａ〜１０５ｃ、１０５ｇ、１０５ｈ）を用いて表面筋電を計測し、筋形状と表面筋電とを併用することで筋活動量をより高精度に決定することが可能となる。
【００８９】
図１６は、実施の形態２に係る筋活動量決定装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図１６に示される筋活動量決定装置３００は、所定の運動における筋肉の位置及び形状と、表面筋電とを併用して、筋肉の活動量を決定する装置であり、図６の筋活動量決定装置２００と比べて、筋電計測部３０１が追加され、決定回路３０２が変更される。以下、筋活動量決定装置２００と相違する構成について主に説明する。
【００９０】
筋電計測部３０１は、ユーザの対象筋の近傍の体表にて筋電信号を計測するセンサであり、一般的な筋電センサが用いられる。筋電計測部３０１は、計測された筋電信号を決定回路３０２に送信する。
【００９１】
決定回路３０２は、筋電特徴量と筋活動（筋収縮強度）と対応付けて示す筋電基準を保持している。当該筋電基準は、ユーザ毎の基準であってもよく、また、正規化された基準でもよい。当該筋電特徴量は、例えば、筋電信号の自乗平均であってもよく、具体的には、最大筋力で筋収縮させたユーザの表面筋電をあらかじめ計測して得た筋電信号の自乗平均であってもよい。
【００９２】
決定回路３０２は、筋電計測部３０１が送信した筋電信号を受信し、受信された筋電信号から、筋電特徴量（例えば、自乗平均）を計算する。さらに、計算された自乗平均の、前記筋電基準によって示される最大筋力における自乗平均に対する割合を、表面筋電に基づく筋活動量（筋収縮強度）として決定する。
【００９３】
また、決定回路３０２は、表面筋電に基づく筋活動量の決定と並行して、筋肉の位置及び形状に基づく筋活動量を、決定回路２０３と同様にして決定する。
【００９４】
決定回路３０２は、決定された表面筋電に基づく筋活動量と、筋肉の位置及び形状に基づく筋活動量とを併用して、筋肉全体での活動量を決定する。併用の例として、決定回路３０２は、筋肉ごとの筋活動量を、筋電信号に基づく筋活動量及び筋肉の位置及び形状に基づく筋活動量のうち、当該筋肉の近傍あるセンサの種類に応じた一方に決定してもよい。また、筋電信号に基づく筋活動量と筋肉の位置及び形状に基づく筋活動量との平均値を筋肉全体での筋活動量として決定してもよい。
【００９５】
次いで、実施の形態２に係る筋活動量決定方法の例として、筋活動量決定装置３００の動作を説明する。以下、筋活動量決定装置２００の動作と相違するステップについて主に説明する。
【００９６】
図１７は、筋活動量決定装置３００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００９７】
形状取得部２０１によりユーザの筋肉の形状が取得され（Ｓ１１）、位置特定部２０２によりユーザが行う所定の運動における前記筋肉の位置が特定される（Ｓ１２）。ステップＳ１１、Ｓ１２は、前述と同様である。
【００９８】
筋電計測部３０１により、運動中のユーザの表面筋電（対象筋の筋電信号）が計測され、計測結果が決定回路３０２に送信される（Ｓ２１）。
【００９９】
決定回路３０２により、筋肉の位置及び形状に基づく筋活動量と、表面筋電に基づく筋活動量とが決定され、両方の筋活動量を併用して、筋肉全体での活動量が決定される（Ｓ２２）。出力部２０４により、決定回路３０２で決定された活動量が出力される（Ｓ２３）。
【０１００】
（効果）
以上説明した筋活動量決定装置３００及び筋活動量決定方法によれば、筋活動量決定装置２００について説明した効果と同様の効果に加えて、表面筋電を併用することで、より高い精度で筋活動を決定することができる。
【０１０１】
以上、本開示の１つまたは複数の態様に係る筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本開示に係る筋活動量決定装置及び筋活動量決定方法は、例えば、競技向けのトレーニング、一般エクササイズ、リハビリテーションなど、ユーザの運動中の筋活動量を決定する必要がある、あらゆる場面に利用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００    被験者
１０１    断面
１０２    カメラ
１０３    自転車
１０４、１０４ａ〜１０４ｈ    マーカ
１０５ａ〜１０５ｃ、１０５ｄ〜１０５ｆ  電極ペア
１０６ａ〜１０６ｃ  波形
１１１    外側広筋
１１２    大腿直筋
１１３    内側広筋
１１４    ハムストリングス
２００、３００    筋活動量決定装置
２０１    形状取得部
２０２    位置特定部
２０３、３０２    決定回路
２０４    出力部
２１１    変換テーブル
２１２    決定基準
２１３    実行結果
３０１    筋電計測部
９００    ユーザ
９１０    自転車
９２０    情報端末
９３０、９４０    センサユニット
【図１Ａ】
2017094054.tif 000003
【図１Ｂ】
2017094054.tif 000004
【図１Ｃ】
2017094054.tif 000005
【図２】
2017094054.tif 000006
【図３Ａ】
2017094054.tif 000007
【図３Ｂ】
2017094054.tif 000008
【図３Ｃ】
2017094054.tif 000009
【図３Ｄ】
2017094054.tif 000010
【図４Ａ】
2017094054.tif 000011
【図４Ｂ】
2017094054.tif 000012
【図５】
2017094054.tif 000013
【図６】
2017094054.tif 000014
【図７】
2017094054.tif 000015
【図８】
2017094054.tif 000016
【図９】
2017094054.tif 000017
【図１０】
2017094054.tif 000018
【図１１】
2017094054.tif 000019
【図１２】
2017094054.tif 000020
【図１３】
2017094054.tif 000021
【図１４】
2017094054.tif 000022
【図１５】
2017094054.tif 000023
【図１６】
2017094054.tif 000024
【図１７】
2017094054.tif 000025