(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筋肉の２点間の電位差を検出する電極部と、該電極部の検出電位差を増幅する増幅部と、該増幅部で増幅された電位差信号に対してＦＦＴ演算を行って周波数パワースペクトル分布に変換するフーリエ演算手段、該フーリエ演算手段で得られる周波数パワースペクトル分布に対して積分演算してその積分演算値に基づいて発揮筋力を求めるリアルタイム発揮筋力演算手段、上記フーリエ演算手段で得られる周波数パワースペクトル分布に対して周波数分析を行って筋肉疲労度合いを求めるリアルタイム筋肉疲労演算手段からなる信号処理部とを、備えたことを特徴とする筋電位計測装置。
【請求項２】
上記リアルタイム発揮筋力演算手段が求める発揮筋力のレベルを分割して該分割レベルに基づいてレベル表示及びグラフ表示を行う表示部を備えていることを特徴とする筋電位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の筋肉に発生する電位を検出する筋電位計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来筋電位を検出して筋活動を測定する装置として、特開昭６０−１６８４３５号公報や、特開２０００−３１６８２７号公報に記載されているものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の前者の従来例は、筋負担の程度を測定するものであり、後者の従来例は筋活動状況を測定するものであるが、被測定者である装着者の発揮筋力と筋肉疲労を同時にリアルタイムに演算するには多大な計算負荷があるため、被測定者に装着するの携帯型の小型筋電位測定装置においては発揮筋力と筋肉疲労を同時にリアルタイムに提示するものは提供されていなかった。
【０００４】
また、発揮筋力の度合いをレベル分割して表示するものはあったが、現在の瞬時値のみを被測定者に提示するであるため、過去の力の入れ具合と発揮筋力の関係が判らないため、被測定者が自分の発揮筋力を適切な目標値に合わせたいと思った場合に困難が伴うという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたものであって、請求項１の発明の目的とするところは発揮筋力と筋肉疲労度合いの両方の計算を行い且つ装置の小型化が可能な筋電位測定装置を提供することにある。
【０００６】
請求項２の発明の目的とするところは、上記目的に加えて被測定者が現在の筋肉の力加減と発揮筋力の関係とが一目で分かる筋電位測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、筋肉の２点間の電位差を検出する電極部と、該電極部の検出電位差を増幅する増幅部と、該増幅部で増幅された電位差信号に対してＦＦＴ演算を行って周波数パワースペクトル分布に変換するフーリエ演算手段、該フーリエ演算手段で得られる周波数パワースペクトル分布に対して積分演算してその積分演算値に基づいて発揮筋力を求めるリアルタイム発揮筋力演算手段、上記フーリエ演算手段で得られる周波数パワースペクトル分布に対して周波数分析を行って筋肉疲労度合いを求めるリアルタイム筋肉疲労演算手段からなる信号処理部とを、備えたことを特徴とする筋電位計測装置。
【０００８】
加えて、請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記リアルタイム発揮筋力演算手段が求める発揮筋力のレベルを分割して該分割レベルに基づいてレベル表示及びグラフ表示を行う表示部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を一実施形態により説明する。
【００１０】
図１は本実施形態の全体構成を示すブロック図であって、本実施形態の筋電位計測装置は、計測・演算処理部１と、表示部２とを別体に分離して構成されている。
【００１１】
一方の計測・演算処理部１は、被測定者の筋肉の２点間の電位差を検出する電極部１０と、該電極部の検出電位差を増幅する増幅部１１と、ＣＰＵからなる信号処理部１２と、表示部２へ信号処理部１２で得られたデータをワイヤレスによって送信するためのデータ送信部１３と、電池からなる電源１４とから構成され、他方の表示部２はデータ送信部１３からのデータを受信復調するデータ受信部２０と、電池からなる電源２０と、受信したデータから後述するように表示データを生成する表示制御部２２と、表示制御部２２からの表示データに基づいて表示が制御される液晶表示器２３とから構成される。
【００１２】
さらに詳説すると、計測・演算処理部１は、図２に示す処理部本体３内に増幅部１１，信号処理部１２，データ送信部１３及び電池からなる電源１４を内蔵し、処理部本体３の底部外面側に電極部１０を一体的に配設したもので、処理部本体３は、図２に示すようにベルト４により被測定者Ｍの例えば太股に装着されるようになっている。
【００１３】
電極部１０は、図３に示すように処理部本体２底部に設けられるプレート５に可撓性を有する支持体６で支持された一対の測定電極１０ａ，１０ｂ及びこれら測定電極１０ａ、１０ｂを囲むように可撓性を有する支持体５でプレート５に支持された環状のグランド電極１０ｃとで構成され、上記のように処理部本体３が被測定者Ｍに装着された際に、これら電極１０ａ〜１０ｃが被測定者Ｍの皮膚表面に接触するようになっている。
【００１４】
ここで測定電極１０ａ、１０ｂは、被測定者Ｍの筋肉の２点間の電位差を検出するためのものである。またグランド電極１０ｃは電位差を検出する際の基準電位を得るためのものであって、接触した皮膚表面上の電位を平均化し、また環状とすることで、どのように電極部１０を被測定者に装着（貼着）しても安定する基準電位が得られるようになっている。
【００１５】
増幅部１１は上記グランド電極１０ｃを基準電位として、電位差信号を増幅するもので、測定電極１０ａ、１０ｂで検出した電位差をインピーダンス変換して高入力インピーダンスで取り込むインピーダンス変換部１１ａと、ノイズを除去するフィルタ１１ｂと、フィルタ１１ｂを通過した電位差信号を増幅する増幅器１１ｃとから構成されており、増幅した電位差信号を信号処理部１２に出力するようになっている。
【００１６】
ＣＰＵからなる信号処理部１２は、入力される電位差信号をＡ／Ｄ変換する内蔵のＡ／Ｄ変換器１２ａと、このＡ／Ｄ変換器１２ａでＡ／Ｄ変換されて得られた電位差に対し、ＦＦＴ演算を行って、周波数パワースペクトル分布に変換するフーリエ変換手段１２ｂと、フーリエ演算手段１２ｂで得られる周波数パワースペクトル分布に対して積分演算してその積分演算値に基づいて発揮筋力を求めるリアルタイム発揮筋力演算手段１２ｃと、上記フーリエ演算手段１２ｂで得られる周波数パワースペクトル分布に対して周波数分析を行って筋肉疲労度合いを求めるリアルタイム筋肉疲労演算手段１２ｄと、後述する最大筋収縮時の全パワー加算値を記憶する内蔵メモリ１２ｅとからなり、各演算手段１２ｂ〜１２ｃはプログラムによって得られる演算機能により構成される。
【００１７】
リアルタイム発揮筋力演算手段１２ｃは、図４（ａ）に示す所定区間の電位差信号に対して行われたＦＦＴ演算より得られた図４（ｂ）に示す周波数パワースペクトル分布の所要の周波数帯域のパワースペクトルの積分値、つまりパワースペクトルを全て加算して得られた全パワー加算値を演算するとともに、信号処理部１２の内蔵メモリ１２ｅに記憶させている最大筋収縮時の全パワー加算値に対する各時点（各区間）で得られた全パワー加算値の比率、つまり
発揮筋力（％）＝（現在の全パワー加算値／最大筋収縮時の全パワー加算値）×１００
を演算するようになっている。
【００１８】
尚従来の発揮筋力を計算する手法では、筋電位の信号から直接的に絶対値やＲＭＳ値（二乗平均値）を算出し、最大筋収縮時の同値と比較して発揮筋力を求めていた。一方パーセバルの定理によると、時間領域の信号エネルギと周波数領域の信号エネルギが判っている。そこで本発明者らはこのパーセバルの定理に注目して時間領域の信号エネルギに相当するＲＭＳ値の代わりに、周波数領域の信号エネルギに相当する全パワー加算値を上述のように利用したのである。
【００１９】
リアルタイム筋肉疲労演算手段１２ｄは、ＦＦＴ演算によって得られる周波数パワースペクトル分布から上述のように求めた全パワー加算値を、筋肉疲労が発生したときに徐波化が起きる筋電位の信号の平均周波数（或いは中間周波数）をを導出する際に利用したもので、本実施形態の場合ＦＦＴ演算で得られた周波数パワースペクトル分布から、次の式で平均周波数を導出し、筋肉疲労の度合いを推定演算するようになっている。
【００２０】
平均周波数（Ｈｚ）＝Σ［周波数（Ｈｚ）×その周波数成分のパワー］／現在の全パワー加算値
尚勿論平均周波数の代わりに中心周波数を用いたり、高周波成分の低下を用いて筋肉疲労の度合いを演算しても良い。
【００２１】
データ送信部１３は、上記リアルタイム発揮筋力演算手段１２ｃで求められた発揮筋力のデータ及びリアルタイム筋肉疲労演算手段１２ｃで求められた筋肉疲労度合いのデータを所定形式のデータに変換して、例えば被測定者Ｍの人体を伝送路として用いるワイヤレス伝送方式により送信するものである。
【００２２】
一方表示部２は、図２に示すように被測定者Ｍの腕にベルト８によって装着される表示部本体７の内部に上記データ送信部１３から人体を介して伝送されてくる信号を受信するとともに受信信号よりデータを復調するデータ受信部２０と、電池からなる電源２１とを備え、表示部本体７外には液晶表示器２３を取着し、また液晶表示器２３内に表示制御部２２を設けたものである。この表示制御部２２を表示部本体７に設けても良い。
【００２３】
表示制御部２２はデータ受信部２０を介して復調した筋肉疲労度合いのデータに基づいて筋肉疲労度合いを数値で表示させる表示データ、或いは発揮筋力のデータに基づいて発揮筋力を所定レベルで分割してその発揮筋力のレベルを表示させる表示データ、更に発揮筋力の度合いを被測定者Ｍに判りやすくするために、図５に示すようにグラフ表示させるための表示データを生成する機能を備えたものである。
【００２４】
液晶表示器２３は液晶パネルの表示面の向きを変えることができるように垂直方向及び水平方向に回転できるように表示部本体７に取着されている。
【００２５】
尚表示部本体７の表面には表示制御部２２に対して液晶表示器２３での表示を筋肉疲労度合いの数値表示か、発揮筋力のレベル表示か、或いはグラフ表示かを指定する選択スイッチの摘み（図示せず）を露設している。
【００２６】
ここで液晶表示器２３で表示させる上記グラフは図５に示すように縦軸に発揮筋力を％単位で表し、横軸に経過時間を表し、経過時間とともに発揮筋力がトレンドグラフ状に推移している形式としてる。
【００２７】
尚本実施形態ではデータ伝送に人体を伝送路とするワイヤレス伝送方式を利用しいているが、小電力無線、ＰＨＳ等の無線電波を用いたワイヤレス伝送方式を利用しても良い。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、筋肉の２点間の電位差を検出する電極部と、該電極部の検出電位差を増幅する増幅部と、該増幅部で増幅された電位差信号に対してＦＦＴ演算を行って周波数パワースペクトル分布に変換するフーリエ演算手段、該フーリエ演算手段で得られる周波数パワースペクトル分布に対して積分演算してその積分演算値に基づいて発揮筋力を求めるリアルタイム発揮筋力演算手段、上記フーリエ演算手段で得られる周波数パワースペクトル分布に対して周波数分析を行って筋肉疲労度合いを求めるリアルタイム筋肉疲労演算手段からなる信号処理部とを備えているので、一度のＦＦＴ演算で発揮筋力及び筋肉疲労度合いの演算に用いることができる周波数パワースペクトル分布に電位差信号を変換することができ、そのため計算負荷が低減でき結果回路構成が簡単となって装置自体を被測定者に装着することができるような小型に製作することが可能となり、しかも被測定者が発揮筋力や筋肉疲労度合いをリアルタイムに知ることができる筋電位測定装置を実現できるため、年齢や性別、体力に応じて、個人が適切な運動量を把握することが可能となり、リハビリテーションやスポーツや家庭健康増進の分野に用いるのに有効となるという効果がある。
【００２９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記リアルタイム発揮筋力演算手段が求める発揮筋力のレベルを分割して該分割レベルに基づいてレベル表示及びグラフ表示を行う表示部を備えているので、過去の力の入れ具合を含め、現在の筋肉の力加減と発揮筋力の関係が人目で判り、被測定者が自分の発揮筋力を適切な目標値に合わせたいと思う場合に、容易にそれを実行することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】同上の被測定者への装着説明図である。
【図３】（ａ）は同上の電極部の正面図である。
（ｂ）は同上の電極部の側面図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の液晶表示器での発揮筋力のグラフ表示例図である。
【符号の説明】
１      計測・演算部
１０    電極部
１１    増幅部
１２    信号処理部
１２ａ  Ａ／Ｄ変換器
１２ｄ  フーリエ演算手段
１２ｃ  リアルタイム発揮筋力演算手段
１２ｄ  リアルタイム筋肉疲労演算手段
１２ｅ  内蔵メモリ
１３    データ送信部
１４    電源
２      表示部
２０    データ受信部
２１    電源
２２    表示制御部
２３    液晶表示器
【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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