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筋シナジー解析方法、筋シナジー解析装置、及び筋シナジーインターフェース コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P130009017
整理番号 G20100041
掲載日 2013年4月9日
出願番号 特願2011-530848
登録番号 特許第5158824号
出願日 平成22年9月8日(2010.9.8)
登録日 平成24年12月21日(2012.12.21)
国際出願番号 JP2010065395
国際公開番号 WO2011030781
国際出願日 平成22年9月8日(2010.9.8)
国際公開日 平成23年3月17日(2011.3.17)
優先権データ
  • 特願2009-212149 (2009.9.14) JP
  • 特願2010-029194 (2010.2.12) JP
発明者
  • 宮崎 文夫
  • 平井 宏明
  • 河越 祥平
  • 松居 和寛
  • 中野 貴之
出願人
  • 国立大学法人大阪大学
発明の名称 筋シナジー解析方法、筋シナジー解析装置、及び筋シナジーインターフェース コモンズ 外国出願あり
発明の概要 筋シナジー解析装置(1)は、人体の運動所定部位の拮抗する筋ペア群における各筋に生じる筋電信号を検出する筋電計(10)と、人体の所定の運動中に筋電計(10)によって検出された筋電信号から拮抗する筋ペアの筋電信号のレベルの筋拮抗比を時系列データとして算出する筋拮抗比算出部(202)と、時系列データの各時刻における筋拮抗比を変数として多変量解析を行って相関の寄与度の高い少なくとも第1主成分を含む主成分を算出する第1の主成分解析部(203)とを備えた。これにより、検体の所定の運動毎における筋協調の関係である固有の筋シナジーを得、かつ多変量解析を行って、少ない種類の主成分による運動評価を可能にする。
従来技術、競合技術の概要


例えばスポーツ運動において効率的にトレーニングを行うためには、対象となる身体運動を適切に評価する指導者が必要である。しかし、指導者はスポーツ人口に比して少なく、かつその評価は経験等に依存しており、必ずしも一定ではない。一方、対象運動を工学的に定量評価しようとする試みがあるが、かかる試みの多くは、運動全体のパフォーマンス又は身体表面に取り付けたセンサからの情報に基づく表面的評価に留まっている。



近年、汎用的な運動中の人体内部の筋活動をリアルタイムに推定、可視化するシステムが記載されている(非特許文献1)。このシステムは、検体に取り付けたマーカを検知するモーションキャプチャーシステムと、検体の動きを検知するプレート状の感圧素子から構成される床反力計と、検知結果に対して所与の演算を実行する計算機とから構成され、身体運動のより詳細な解析、深部感覚推定への応用の可能性について多くの注目を集めている。このシステムでは、主に運動学データに基づき、汎用運動時の筋張力を可視化することを可能にしている。



また、特許文献1には、筋電計で得られた複数の筋肉の筋電信号より各筋肉の張力を検出し、各筋肉の張力に応じて定まる複数の関節の状態と複数の筋肉の張力との履歴に基づいて、複数の関節の状態の組み合わせの時系列を推定する機械学習のモデルを生成する技術が記載されている。この技術によれば、筋肉の動きが制約されることなく、複数の筋肉の筋電信号に基づいて所望の複数の関節の状態やこれらの状態の組み合わせの時系列を精度よく高速に推定できる。



また、非特許文献2には、運動のための筋シナジーの組合せに関して記載されている。より詳細には、非特許文献2には、13箇所の筋からそれぞれ検出した時系列的な筋電信号を多変量解析によって5種類の主要成分で表される合成変数(得点)に変換する手法が開示されている。このようにして、制御対象モデルの変数の種類を減じることで、モデルに対する運動理解及び機械的な制御が容易となる。

産業上の利用分野


本発明は、筋電信号に基づいて運動する筋対群の筋シナジー関連技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】検体の拮抗する筋ペア群における各筋に生じる筋電信号を検出するステップと、前記検体の所定の運動中に検出された筋電信号から拮抗する筋ペアの筋電信号のレベルの筋拮抗比を時系列データとして算出するステップと、前記時系列データの各時刻における前記筋拮抗比を変数として多変量解析を行って相関の寄与度の高い少なくとも第1主成分を含む主成分を算出するステップとを備えたことを特徴とする筋シナジー解析方法。
【請求項2】前記検体の筋拮抗比に基づいて得られた主成分を参照主成分とし、この参照主成分と、新たな検査によって算出された同検体の筋拮抗比に基づいて得られた主成分との差分を算出するステップと、算出された前記差分を第1の表示部に表示するステップとを備えたことを特徴とする請求項1に記載の筋シナジー解析方法。
【請求項3】前記検体の運動中に検出された筋電信号から前記拮抗する筋ペアの筋電信号のレベルを加算して筋活性度の時系列データを算出するステップと、前記時系列データの各時刻における筋活性度を変数として多変量解析を行って相関の寄与度の高い少なくとも第1主成分を含む主成分を算出するステップとを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の筋シナジー解析方法。
【請求項4】前記検体の筋活性度に基づいて得られた主成分を参照主成分とし、この参照主成分と、新たな検査によって算出された同検体の筋活性度に基づいて得られた主成分との差分を算出するステップと、算出された前記差分を第2の表示部に表示するステップとを備えたことを特徴とする請求項3に記載の筋シナジー解析方法。
【請求項5】検体の拮抗する筋ペア群における各筋に生じる筋電信号を検出する検出器と、前記検体の所定の運動中に前記検出器によって検出された筋電信号から拮抗する筋ペアの筋電信号のレベルの筋拮抗比を時系列データとして算出する筋拮抗比算出手段と、前記時系列データの各時刻における前記筋拮抗比を変数として多変量解析を行って相関の寄与度の高い少なくとも第1主成分を含む主成分を算出する第1の主成分解析手段とを備えたことを特徴とする筋シナジー解析装置。
【請求項6】第1の検体と第2の検体における両主成分の差分を算出する第1の差分算出手段と、前記第1の差分算出手段によって算出された差分を第1の表示部に表示する第1の表示制御手段とを備えたことを特徴とする請求項5に記載の筋シナジー解析装置。
【請求項7】前記第1の検体と前記第2の検体とは同一体であることを特徴とする請求項6に記載の筋シナジー解析装置。
【請求項8】各主成分の寄与度の累積値が第1の閾値を超えていることを特徴とする請求項5~7のいずれかに記載の筋シナジー解析装置。
【請求項9】前記検体の運動中に前記検出器によって検出された筋電信号から前記拮抗する筋ペアの筋電信号のレベルを加算して筋活性度の時系列データを算出する筋活性度算出手段と、前記時系列データの各時刻における筋活性度を変数として多変量解析を行って相関の寄与度の高い少なくとも第1主成分を含む主成分を算出する第2の主成分解析手段とを備える請求項5~8のいずれかに記載の筋シナジー解析装置。
【請求項10】第1の検体と第2の検体における両主成分の差分を算出する第2の差分算出手段と、前記第2の差分算出手段によって算出された差分を第2の表示部に表示する第2の表示制御手段とを備えたことを特徴とする請求項9に記載の筋シナジー解析装置。
【請求項11】各主成分の寄与度の累積値が第2の閾値を超えていることを特徴とする請求項9又は10に記載の筋シナジー解析装置。
【請求項12】複数の筋に所与の運動を行わせる筋シナジーインターフェースにおいて、
前記複数の拮抗する筋対群に対する運動を規定する運動情報を入力する運動コマンド設定手段と、前記運動情報を主成分情報に変換する第1の変換手段と、前記主成分情報を前記各拮抗する筋対へ印加する電位信号に変換する第2の変換手段とを備えたことを特徴とする筋シナジーインターフェース。
【請求項13】前記第1の変換手段は、運動情報としての直交座標系の位置情報を極座標系に変換するものであることを特徴とする請求項12記載の筋シナジーインターフェース。
【請求項14】前記第1の変換手段は、運動情報としての運動周期及び1周期での単位運動を極座標系に変換するものであることを特徴とする請求項12記載の筋シナジーインターフェース。
【請求項15】前記第1の変換手段は、前記運動情報を2種類の主成分情報に変換し、前記第2の変換手段は、得られた主成分情報を前記各拮抗する筋対への電位信号に変換することを特徴とする請求項12~14のいずれかに記載の筋シナジーインターフェース。
【請求項16】前記第1の変換手段は、少なくとも前記複数の拮抗する筋群から構成される運動基部と運動端部との間の距離と回転角度とを2種類の主成分情報に置換し、前記第2の変換手段は、得られた2種類の主成分情報を前記各拮抗する筋対への電位信号に変換することを特徴とする請求項15に記載の筋シナジーインターフェース。
【請求項17】前記第1の変換手段は、前記運動実行時の制約に応じた固有値を算出することを特徴とする請求項12~16のいずれかに記載の筋シナジーインターフェース。
【請求項18】前記第2の変換手段は、前記主成分情報を筋拮抗比及び活性度に変換するものであることを特徴とする請求項12~17のいずれかに記載の筋シナジーインターフェース。
産業区分
  • 治療衛生
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011530848thum.jpg
出願権利状態 登録
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