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筋組織系及び神経系の活動量及び活動効率の評価システム及び評価方法並びにそのプログラム 新技術説明会

国内特許コード P150011944
整理番号 S2014-1508-N0
掲載日 2015年4月27日
出願番号 特願2014-194693
公開番号 特開2016-063995
出願日 平成26年9月25日(2014.9.25)
公開日 平成28年4月28日(2016.4.28)
発明者
  • 永井 秀利
出願人
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 筋組織系及び神経系の活動量及び活動効率の評価システム及び評価方法並びにそのプログラム 新技術説明会
発明の概要 【課題】運動中の表面筋電信号から、筋組織系及び神経系活動を量的及び質的にリアルタイムに評価することができる評価システム及び評価方法並びにそのプログラムを提供する。
【解決手段】運動中の筋の表面筋電信号を検出して、ウェーブレット解析に基づく信号処理を行って、微細な信号を含む信号特徴を抽出して、対象筋に関する筋組織系活動量、筋組織系活動効率、神経系活動量、及び神経系活動効率の各評価因子を獲得する手段Aを有する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


表面筋電信号は、筋活動の情報を非侵襲に獲得する手段として、多様な分野で極めて広く用いられている(非特許文献1)。例えば信号から一定区間を切り出し、その区間の信号の強さに基づいて計算されたRMS値は、その区間の筋活動の量の評価として用いられているもののひとつである。ただし、信号の強さは、皮膚への電極の接触状態などにより変動し易い。そのため、そうした変動に左右されにくい周波数中央値なども筋活動量の評価に用いられている。これらの評価は確かに筋活動の特性の一側面を評価しているが、筋疲労に伴う変化を反映してはおらず、これのみで筋の発揮力を定量評価することには問題がある。特許文献1のように筋疲労の影響を回避して発揮筋力を得ようとするものもあるが、外部から肉体に刺激を与えねばならない点は好ましくなく、運動中には振動送信部が動いてしまうことで計測結果が乱れる恐れもある。また、表面筋電信号には微細で短時間だけ出現する特徴も存在するが、従来の信号処理手法では、ノイズに紛れるほど微細で短時間だけ発生した特徴を、強い信号による特徴と同等の的確さを持って捉えることができなかった。



筋疲労のような筋活動の特性変化を捉えることは重要で研究もなされており、同じ発揮力に対しての表面筋電信号の増大や周波数中央値の減少などが生じることが知られている。しかし、それらの傾向には「同じ発揮力の場合」という条件が付いており、運動中など発揮力が一定でない場合には直接的には利用できない。非特許文献2~4など、動的運動時の筋疲労評価も試みている研究もあるが、同じ動作あるいは同じ負荷となる時点での値の相対的変化を評価するものであり、任意の動作の任意の時点で評価を行うことはできない。特許文献2~7のような手段も運動中に活動が大きく変化する筋に対しての適用は困難である。他にも、特許文献8~12や非特許文献5のように、外的刺激を与えた際の反応を見ることで筋疲労度を評価しようとする技術も存在するが、運動中には適用できないし、「非侵襲」という表面筋電の利点にそぐわない。特許文献13や非特許文献5のような手法も存在するが、外的環境に関するパラメータが評価式に含まれており、特定の実験環境以外で汎用的に利用することは困難である。また、同じ筋疲労状況でも、軽負荷であれば影響なく運動できるにも関わらず負荷が大きいとうまく運動できなくなるということからもわかるように、筋疲労の影響は負荷の大きさによって変わると言えるが、従来はそうした違いを捉えることができなかった。特許文献14のように、筋肉にかかる負担を予測しようとする試みもあるが、対応できる動作は固定的である。



本発明は、対象となる筋について1チャネルで計測した表面筋電信号に基づき、筋組織系と神経系とを区別しつつ各活動特性を獲得、評価するものである。非特許文献6の中でも「表面筋電図からパワー、筋疲労、筋活動量の関連性に関する調査報告はない」と述べられているように、それらは従来技術では満足に得ることができなかった類の極めて有用な情報であり、表面筋電信号を活用する際の総合的分析手法として、国内のみならず世界的に各種の筋電応用技術に影響を及ぼす可能性を持つ。

産業上の利用分野


本発明は、人間工学(疲労評価、筋緊張評価など)、医用電子工学、医学分野(基礎医学、スポーツ医学、リハビリテーション、筋電活用義肢など)、医用計測機器産業、スポーツ産業、健康産業、フィットネス(ダイエット)産業など、表面筋電信号を活用する及び筋活動を計測対象とするあらゆる分野に使用される運動中の表面筋電信号からの筋組織系及び神経系活動を量的及び質的にリアルタイムに評価するシステム及び方法並びにそのプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
運動中の筋の表面筋電信号を検出して、ウェーブレット解析に基づく信号処理を行って、微細な信号を含む信号特徴を抽出して、対象筋に関する筋組織系活動量、筋組織系活動効率、神経系活動量、及び神経系活動効率の各評価因子を獲得する手段Aを有することを特徴とする評価システム。

【請求項2】
請求項1記載の評価システムにおいて、前記評価因子の2以上に基づいて、筋の実効発揮力、疲労度、筋組織系活動、神経系活動、及び負荷量のいずれか1又は2以上の評価係数を獲得する手段Bを更に有することを特徴とする評価システム。

【請求項3】
請求項1記載の評価システムにおいて、前記評価因子の2以上に基づいて、前記対象筋の筋活動における速筋への依存度である速筋と遅筋との寄与割合を示す指標を獲得する手段Cを更に有する評価システム。

【請求項4】
請求項2記載の評価システムにおいて、前記神経系活動量の評価因子、又は前記神経系活動の評価係数に基づいて、筋の緊張度を評価する手段Dを更に有することを特徴とする評価システム。

【請求項5】
運動中の筋の表面筋電信号を検出して、ウェーブレット解析に基づく信号処理を行って、微細な信号を含む信号特徴を抽出して、対象筋に関する筋組織系活動量、筋組織系活動効率、神経系活動量、及び神経系活動効率の各評価因子を獲得する工程Aを有することを特徴とする評価方法。

【請求項6】
請求項5記載の評価方法において、前記評価因子の2以上に基づいて、筋の実効発揮力、疲労度、筋組織系活動、神経系活動、及び負荷量のいずれか1又は2以上の評価係数を獲得する工程Bを更に有することを特徴とする評価方法。

【請求項7】
請求項5記載の評価方法において、前記評価因子の2以上に基づいて、前記対象筋の筋活動における速筋への依存度である速筋と遅筋との寄与割合を示す指標を獲得する工程Cを更に有する評価方法。

【請求項8】
請求項6記載の評価方法において、前記神経系活動量の評価因子、又は前記神経系活動の評価係数に基づいて、筋の緊張度を評価する工程Dを更に有することを特徴とする評価方法。

【請求項9】
請求項1記載の評価システムの手段Aをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【請求項10】
請求項2記載の評価システムの手段Bをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【請求項11】
請求項3記載の評価システムの手段Cをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【請求項12】
請求項4記載の評価システムの手段Dをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014194693thum.jpg
出願権利状態 公開
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