JP2016034328A - 電気刺激装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気刺激の強度を筋肉の状態に合わせて容易に設定することができる電気刺激装置を提供する。
【解決手段】電気刺激装置は、筋肉に電気刺激を与える電極部２０と、筋肉内の酸素濃度に応じて変化する測定信号Ｉｓを出力する光電センサ３０と、測定信号Ｉｓに基づいて得られる筋肉の状態に関する情報を報知する操作兼表示部１２と、トレーニングに寄与し得る電気刺激を電極部２０に与えさせるトレーニングモードを備え、トレーニングモードを実行しているときに得られる測定信号Ｉｓから求められる酸素濃度Ｘｓに基づいて操作兼表示部１２に情報を報知させる制御部１１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、筋肉に電気刺激を付与する電気刺激装置に関する。

従来、疾病や事故により身体に障害を受けた場合の骨格筋の筋力の衰えや運動能力低下の治療、または治療後におけるリハビリテーションとして電気療法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、スポーツ分野において、筋力を増強したり、運動能力を高めたりするための筋力トレーニングにも電気療法が用いられている。筋力トレーニングに電気療法を用いて主動筋や拮抗筋に電気刺激を行うことで高い筋肉増強効果が得られることがわかっている。

しかし、この電気療法では、理学療法士や作業療法士等の専門家が自らの知識や経験に基づいて電気刺激装置の電極部を対象部位に装着させる。そして、上述の専門家が自らの知識や経験に基づいて電気刺激を与えた時の使用者の痛みの反応をもとに電気刺激の強度を調整している。

特許第４３１６７４５号公報

ところで、この電気療法では、電気刺激により筋肉が収縮した状態で使用者が運動するため、通常の運動より疲労が大きくなる。筋疲労は、運動前後での筋力の変化を筋力計あるいは筋電計によって判定することができるが、運動中の筋肉の疲労状態を測定するのは困難である。

本発明の目的は、運動中の筋肉の疲労状態を測定することができる電気刺激装置を提供することである。

本電気刺激装置の独立した一形態によれば、対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、前記測定信号に基づいて得られる筋肉の状態に関する情報を報知する報知部と、トレーニングに寄与し得る前記電気刺激を前記電極部に与えさせるトレーニングモードを備え、前記トレーニングモードを実行しているときに得られる前記測定信号から求められる測定値が反映された前記情報を前記報知部に報知させる制御部と、を備える。

電気刺激装置は、運動中の筋肉の疲労状態を測定することができる。

電気刺激装置の実施の形態１についてその概略構成を示す図。 実施の形態１の電気刺激装置の構成を示すブロック図。 実施の形態１の電気刺激装置の光電センサの構成を示す図。 実施の形態１の電気刺激装置の光電センサの発光タイミングを示す図。 （ａ）は実施の形態１の電気刺激装置による酸素濃度と時間との関係を示す図、（ｂ）は実施の形態１の電気刺激装置による出力電圧と時間との関係を示す図。 （ａ）は電気刺激装置の実施の形態２における酸素濃度と時間との関係を示す図、（ｂ）は実施の形態２の電気刺激装置による出力電圧と時間との関係を示す図。 （ａ）は電気刺激装置の実施の形態３における酸素濃度と時間との関係を示す図、（ｂ）は実施の形態３の電気刺激装置による出力電圧と時間との関係を示す図。 （ａ）は実施の形態３の電気刺激装置による酸素濃度と時間との関係を示す図、（ｂ）は実施の形態３の電気刺激装置による出力電圧と時間との関係を示す図。 （ａ）は電気刺激装置の実施の形態４における酸素濃度と時間との関係を示す図、（ｂ）は実施の形態４の電気刺激装置による出力電圧と時間との関係を示す図。 実施の形態４の電気刺激装置によるトレーニングモードを示す図。 実施の形態４の電気刺激装置によるアシストモードを示す図。 電気刺激装置の実施の形態５についてその概略構成を示す図。 実施の形態５の電気刺激装置による動作を示すフローチャート。

（本電気刺激装置が取り得る形態の一例）
〔１〕本電気刺激装置の独立した一形態によれば、対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、前記測定信号に基づいて得られる筋肉の状態に関する情報を報知する報知部と、トレーニングに寄与し得る前記電気刺激を前記電極部に与えさせるトレーニングモードを備え、前記トレーニングモードを実行しているときに得られる前記測定信号から求められる測定値が反映された前記情報を前記報知部に報知させる制御部と、を備える。

本電気刺激装置によれば、測定部が出力する測定信号によって対象物の酸素濃度に応じて変化する測定値を求めて、電気刺激を与えたときの測定値が反映された情報を使用者に報知部を介して報知することができる。このため、使用者がトレーニングモードを実行しているときに、報知部から筋肉の状態に関する情報を得ることができる。よって、運動中の筋肉の疲労状態を測定することができる。

〔２〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記測定値に基づいて酸素濃度を算出し、算出した酸素濃度が反映された前記情報を前記報知部に報知させる。

本電気刺激装置によれば、測定値に基づいて酸素濃度を算出した上で、酸素濃度が反映された情報を報知部に報知させる。このため、酸素濃度に応じた筋肉の状態、言い換えると疲労状態や負荷状態等を求めて情報として出力することができる。

〔３〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに得られる前記測定値を積分して算出する積分値、または、前記トレーニングモードを実行しているときに得られる前記測定値に基づいて酸素濃度を算出し、その酸素濃度を積分して算出する積分値、が反映された前記情報を前記報知部に報知させる。

本電気刺激装置によれば、筋肉が疲労すると酸素濃度が低下するので、測定値又は酸素濃度を積分した積分値を算出することで、酸素濃度の低下がわかりやすくなり、筋肉の疲労を報知し易くすることができる。

〔４〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに算出した前記酸素濃度が負荷判定値以下である状態が判定時間以上にわたって継続していることに基づいて、筋肉が疲労していることを示す情報、及び、筋肉に負荷が与えられていることを示す情報、の少なくとも一方の情報を前記報知部に報知させる。

本電気刺激装置によれば、酸素濃度が負荷判定値以下であるとともに、判定時間以上継続していることに基づいて筋肉が疲労していることや筋肉に負荷が与えられていることを示す情報を報知部から報知する。このため、筋肉が疲労していることや筋肉に負荷が与えられていることを確実に検出して筋肉の状態に関する情報を報知することができる。

〔５〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに算出した前記酸素濃度が低下する傾向を示し、強化判定値以上であることに基づいて、前記電極部に与えさせる前記電気刺激の強度を強める。

本電気刺激装置によれば、トレーニングモードを実行して酸素濃度が低下しつつ、酸素濃度が強化判定値よりも低下しないということは、電気刺激の影響が少ないということである。よって、電気刺激の強度を強めることで、筋肉に負荷を与えて酸素濃度を更に低下させることができる。

〔６〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに算出した前記酸素濃度が低下する傾向を示し、さらに弱化判定値以下であることに基づいて、前記電極部に与えさせる前記電気刺激の強度を弱める、又はゼロにする。

本電気刺激装置によれば、トレーニングモードを実行して酸素濃度が低下しつつ、酸素濃度が弱化判定値以下であるということは、電気刺激の影響が大きいということである。よって、電気刺激の強度を弱めたり、ゼロにしたりすることで、筋肉への更なる負荷を抑制することができる。

〔７〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は、前記トレーニングモードを終了してから回復判定時間が経過しても前記酸素濃度が回復判定値まで回復しないことに基づいて、筋肉が疲労していることを示す情報、及び、筋肉に負荷が与えられていることを示す情報の少なくとも一方の情報を前記報知部に報知させる。

本電気刺激装置によれば、酸素濃度が回復判定時間を経過しても回復判定値まで回復しないということは、電気刺激の影響が十分であるということである。よって、筋肉が疲労していることや筋肉に負荷が与えられていることを確実に検出して筋肉の状態に関する情報を報知することができる。

〔８〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記電極部である第１の電極部及び第２の電極部を備え、前記測定部である第１の測定部及び第２の測定部を備え、前記制御部は、前記第１の測定部により出力される前記測定信号に基づいて前記酸素濃度である第１の酸素濃度を算出し、前記第２の測定部により出力される前記測定信号に基づいて前記酸素濃度である第２の酸素濃度を算出し、前記第１の酸素濃度と前記第２の酸素濃度との差を前記第１の電極部及び前記第２の電極部の制御に用いる。

本電気刺激装置によれば、第１の電極部が電気刺激を与える対象物の酸素濃度を第１の測定部が出力した測定信号に基づいて算出し、第２の電極部が電気刺激を与える対象物の酸素濃度を第２の測定部が出力した測定信号に基づいて算出する。そして、各算出した酸素濃度の差を各電極部の制御に用いる。このため、各電極部が与える電気刺激を制御することで、筋肉の疲労や筋肉への負荷を制御することができる。

〔９〕前記電気刺激装置に従属する一形態によれば、前記制御部は前記差が小さくなるように前記第１の電極部及び前記第２の電極部を制御する。
本電気刺激装置によれば、第１の酸素濃度と第２の酸素濃度との差が小さくなるように第１の電極部と第２の電極部とを制御部が制御する。このため、各電極部が取り付けられた対象物同士の酸素濃度を近づけることができ、ひいては筋肉の疲労や筋肉への負荷を近づけることができる。

（実施の形態１）
以下、図１〜図６を参照して、電気刺激装置の実施の形態１について説明する。
図１に示されるように、電気刺激装置は、使用者の人体に装着される電極部２０と光電センサ３０とを備える。また電気刺激装置は、電極部２０及び光電センサ３０に電気的に接続されるコントローラ１０を備える。電極部２０は、対象物である筋肉に電気刺激を与えるものであって、一組の第１の電極２１及び第２の電極２２を備える。光電センサ３０は、筋肉内の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度に対応する測定信号を出力する。コントローラ１０は、電極部２０から筋肉に与える電気刺激の強度として出力電圧を制御する。またコントローラ１０は、光電センサ３０から測定信号が入力され、入力された測定信号に基づいて酸素濃度を算出する。電極部２０（第１の電極２１及び第２の電極２２）と光電センサ３０とは、脚等の表面に装着可能なサポータ４０に取り付けられている。第１の電極２１と第２の電極２２は、それぞれ電気的に絶縁される構造を備える。このため、各電極２１，２２から別の電極及びコントローラ１０などに電気が回り込むことが抑制される。

図２に示されるように、第１の電極２１と第２の電極２２とは、それらの間に流す電気によって筋肉に電気刺激を与える電極部２０として機能する。電極部２０が出力する電気刺激の強度は、例えば第１の電極２１と第２の電極２２との間の電圧である出力電圧Ｖｘの大きさにより決められる。通常、出力電圧Ｖｘが高くなるにつれて電気刺激の強度は大きくなり、出力電圧Ｖｘが低くなるにつれて電気刺激の強度は小さくなる。光電センサ３０は、筋肉内の酸素濃度に応じて変化する測定信号Ｉｓを出力する測定部として機能する。コントローラ１０は、電気刺激等を制御する制御部１１を備えている。またコントローラ１０は、使用者によって操作されたり、酸素濃度Ｘｓや刺激用電圧Ｖｐ、装置の状態を表示したりする操作兼表示部１２を備えている。さらにコントローラ１０は、第１の電極２１及び第２の電極２２に電気を供給する電源部１３を備えている。なお、操作兼表示部１２が報知部として機能する。

操作兼表示部１２は、入力操作が可能な操作部と、情報を表示する表示部とを備えている。操作部は、１又は複数の操作ボタンより構成される。表示部は、液晶画面などの表示装置を備え、文字及び画像の少なくとも一方を表示させる。操作兼表示部１２は、表示部に表示させる情報によって、操作部への操作を促すように構成することもできる。

電源部１３は、制御部１１による制御に基づいて出力電圧Ｖｘに対応する電気を電極部２０に出力する。電源部１３は、制御部１１から入力される電圧指令Ｖｃに対応する出力電圧Ｖｘを生成し、この生成した出力電圧Ｖｘを電極部２０に出力する。

制御部１１は、筋肉内の酸素濃度Ｘｓを算出する酸素濃度算出部１４と、酸素濃度算出部１４が算出した酸素濃度Ｘｓに従って適切な刺激用電圧Ｖｐを判定する判定部１５と、電極部２０を制御する電気刺激制御部１６とを備えている。酸素濃度算出部１４は、光電センサ３０から出力された測定信号Ｉｓに基づいて筋肉内の酸素濃度Ｘｓを算出する。判定部１５は、酸素濃度算出部１４から酸素濃度Ｘｓが入力され、この入力された酸素濃度Ｘｓに基づいて刺激用電圧Ｖｐを判定する。なお、酸素濃度Ｘｓは筋肉の状態に対応することから、判定される刺激用電圧Ｖｐは筋肉の状態に対応するものとなる。

判定部１５は、酸素濃度Ｘｓやその酸素濃度Ｘｓに対応する筋肉の状態、刺激用電圧Ｖｐに関する情報を操作兼表示部１２に出力する。判定部１５は、例えば、酸素濃度Ｘｓや筋肉の状態、刺激用電圧Ｖｐを操作兼表示部１２に表示させる。また判定部１５は、刺激用電圧Ｖｐを電気刺激制御部１６に指示する。

操作兼表示部１２は、判定部１５から入力された酸素濃度Ｘｓや筋肉の状態、刺激用電圧Ｖｐなどを表示することで報知する。また、操作兼表示部１２は、使用者の操作に従う指示Ｉｃを電気刺激制御部１６に出力する。操作兼表示部１２から電気刺激制御部１６への指示Ｉｃとしては、電気刺激のパターンや、電気刺激を与える目的に応じて定まるモードなどが挙げられる。モードとしては、トレーニングに寄与し得る電気刺激を電極部２０に与えさせるトレーニングモードや、筋肉の動きを支援するように電気刺激を電極部２０に与えさせるアシストモード等を備えている。

電気刺激制御部１６は、判定部１５からの刺激用電圧Ｖｐや操作兼表示部１２からの指示Ｉｃが入力され、これら入力された指示に対応する電圧指令Ｖｃを作成して電源部１３に出力する。例えば、電気刺激制御部１６が作成した電圧指令Ｖｃによって、第１の電極２１及び第２の電極２２には、電源部１３を介してパルス状の電圧パターンを有する出力電圧Ｖｘが供給される。コントローラ１０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１７とＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１８とを備えている。制御部１１には、ＲＡＭ１７とＥＥＰＲＯＭ１８とがそれぞれ接続されている。ＲＡＭ１７には、測定された酸素濃度が一時的に記憶される。ＥＥＰＲＯＭ１８には、筋肉の疲労状態を判定するための判定値と、各判定値に対する筋肉の疲労状態とを示すマップが記憶されている。

図３に示されるように、光電センサ３０は、検出光を出射する発光部３１と、検出光を検出する受光部３２とを備えている。発光部３１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、対象物の内部に向かって検出光を出射する。受光部３２は、近赤外領域に感度を有するフォトダイオードである。発光部３１と受光部３２との間隔Ｗは、例えば３０ｍｍに設定されている。発光部３１と受光部３２との間隔Ｗの１／２の距離が生体組織の透過深度と言われている。よって、筋肉内の酸素濃度を測定することに好ましい深度を１５ｍｍとする場合、発光部３１と受光部３２との間隔Ｗは３０ｍｍが好ましい。

図４に示されるように、発光部３１には、近赤外領域の異なる３波長を発光する素子が選択される。異なる３波長の光は、例えば７６０ｎｍ，８０５ｎｍ，８４０ｎｍの３つからなり（図４においてＡ，Ｂ，Ｃ）、この３波長の光が一組とされる。発光部３１は、一組を構成する３つの異なる波長の光を所定の順番で（図４ではＡ，Ｂ，Ｃの順番で）一定の時間間隔毎に発光する。これら３つの異なる波長の光は、その発光強度又は発光量が予め定まっている。また、発光部３１は、３つの異なる波長の光からなる組合せを周期的に発光する。受光部３２は、発光部３１から出射されて生体組織を通過した近赤外光を受光し、受光した光の受光強度又は受光量を検出する。検出した受光強度又は受光量を発光部３１の発光タイミングに対応させることで波長毎の受光強度又は受光量が得られる。光電センサ３０は、検出した受光強度又は受光量に対応する測定信号Ｉｓを出力する。

酸素濃度算出部１４は、３波長それぞれの発光量と受光量とから当該波長における対象物の吸光度を求め、所定の推定式によって酸素濃度Ｘｓを求める。推定式は、装置の状態等、条件によって異なるが、各波長の吸光度の線形結合で表される。酸素濃度Ｘｓは、いわゆる酸素飽和度であり、血液中のヘモグロビンのうち、実際に酸素を運んでいるヘモグロビンである酸化ヘモグロビンの比率を示し、単位は％（パーセント）である。酸素濃度算出部１４は、光電センサ３０によって継続的に測定され、酸素濃度により変化する測定信号Ｉｓが入力されることにより酸素濃度Ｘｓの時系列データを得る。ここで、血液中のヘモグロビンは体内で酸素と結合し、結合の有無によって近赤外領域における吸光度が変化する。そこで、酸素濃度算出部１４は、この吸光度の違いを利用することで酸素濃度Ｘｓを算出する。なお、光電センサ３０が人体の筋肉に対応する部位の体表面に設けられることによって、光電センサ３０の透過深度の範囲内にある筋肉内の酸素濃度Ｘｓが検出される。

次に、図５を参照して、電気刺激装置によって出力電圧Ｖｘを出力した際の酸素濃度Ｘｓの変化について説明する。ここでは、トレーニングモードを実行しているときについて説明する。

一般に、筋肉は、負荷が与えられると該筋肉内の血管が収縮して酸素濃度Ｘｓが低下することが知られている。また、電気刺激は、筋肉に負荷を与えることも知られている。そこで、制御部１１は、筋肉に電気刺激を与えつつ、その筋肉内の酸素濃度Ｘｓを測定することで電気刺激が筋肉に負荷を与えていることを検出する。また、制御部１１は、筋肉に与えられている負荷の強さについても、その筋肉内の酸素濃度Ｘｓに基づいて判定する。

図５（ｂ）に示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、第１の電圧Ｖ１と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ１の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘが出力されている。図５（ａ）に示されるように、上記のパルスの出力電圧Ｖｘが出力されると、筋肉内の酸素濃度Ｘｓが基準値Ｘ０から徐々に低下して、疲労していない時は下限酸素濃度Ｘｍ１、疲労している時は下限酸素濃度Ｘｍ２まで低下する。なお、下限酸素濃度Ｘｍ１は、下限酸素濃度Ｘｍ２よりも大きい（Ｘｍ１＞Ｘｍ２）。そして、下限酸素濃度Ｘｍ１及び下限酸素濃度Ｘｍ２は一例である。そして、酸素濃度Ｘｓが下限酸素濃度Ｘｍ１、又は下限酸素濃度Ｘｍ２に達すると、酸素濃度Ｘｓの低下が停止する。さらに、出力電圧Ｖｘの出力がなくなると酸素濃度Ｘｓが上昇し、第１の電圧Ｖ１が出力されると酸素濃度Ｘｓが低下する。時刻ｔ２において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは基準値Ｘ０まで上昇する。ここで、酸素濃度Ｘｓの基準値Ｘ０は、出力電圧Ｖｘを出力していない、すなわち電気刺激を筋肉に与えていない状態における筋肉内の酸素濃度Ｘｓである。

筋肉が疲労している時には、筋肉への酸素供給が低下した状態となる。つまり、疲労している筋肉に電気刺激を与えると、酸素濃度Ｘｓは疲労していない時よりも小さくなる。そこで、制御部１１は、電気刺激が与えられることに応じて酸素濃度Ｘｓが低下しているときに低下した酸素濃度Ｘｓの低下量の積分値を算出する。そして、制御部１１は、その積分値に基づいて筋肉の状態に関する情報を操作兼表示部１２に報知させる。すなわち、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓが低下しているときの酸素濃度Ｘｓの低下量の積分値に基づいて筋肉の疲労状態を判定することができる。例えば、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の酸素濃度Ｘｓの低下量の積分値を算出して、積分値が大きいものほど筋肉の疲労状態が大きいと判定する。予め時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の酸素濃度Ｘｓの低下量の積分値に相当する判定値と、各判定値に対する筋肉の疲労状態とを示すマップがＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されている。

次に、上記のように説明した電気刺激装置の動作について説明する。
使用者は、サポータ４０を脚に装着して、電気刺激装置を起動させ、酸素濃度Ｘｓを測定させる。制御部１１は、起動又は測定が指示されると、電気刺激を与える前の酸素濃度Ｘｓである基準値Ｘ０を測定する。すなわち、電気刺激制御部１６は、操作兼表示部１２に対して起動又は測定の操作が行われると、電気刺激を与えられないように電源部１３を介して電気を電極部２０に出力しない。そして、酸素濃度算出部１４は、電極部２０に電気が出力されていない状態における酸素濃度Ｘｓである基準値Ｘ０を測定して、判定部１５に基準値Ｘ０を出力する。判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの基準値Ｘ０をＲＡＭ１７に記憶させる。

続いて、制御部１１は、第１の電圧Ｖ１と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ１の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘを出力させる。すなわち、電源部１３は、電気刺激制御部１６の入力に従って電極部２０に出力電圧Ｖｘを出力する。制御部１１は、パルスの出力電圧Ｖｘの出力における酸素濃度Ｘｓを逐次測定する。すなわち、酸素濃度算出部１４は、パルスの出力電圧Ｖｘが電極部２０に出力されている状態における酸素濃度Ｘｓを微小時間毎に算出して、酸素濃度Ｘｓを判定部１５に出力する。判定部１５は、入力された酸素濃度ＸｓをＲＡＭ１７に記憶させる。なお、酸素濃度Ｘｓが測定値に相当する。

制御部１１は、パルスの出力電圧Ｖｘを出力することによって酸素濃度Ｘｓが低下しているときの積分値を算出し、その積分値に基づいて筋肉の疲労状態を判定する。すなわち、判定部１５は、ＲＡＭ１７から時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の微小時間毎の酸素濃度Ｘｓを読み出し、微小時間毎における酸素濃度Ｘｓの低下量を算出して、この低下量の積分値を算出する。そして、判定部１５は、算出した積分値に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されたマップから積分値に一致する判定値を検索して、一致する判定値に対する筋肉の疲労状態を操作兼表示部１２に出力する。操作兼表示部１２は、判定部１５の指示に従って筋肉の疲労状態を数値、あるいはレベルバー表示、色表示等によって表示する。

使用者は、操作兼表示部１２の筋肉の疲労状態の情報を見ることで、トレーニング中の筋肉の疲労状態を把握することができる。よって、電気刺激の強度を筋肉の疲労状態に合わせて容易に設定することができる。そして、使用者は、筋肉に過度な負荷を与えないように電気刺激の強度を変更しながら、安全にトレーニングすることができる。

以上説明したように、本電気刺激装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）光電センサ３０が出力する測定信号Ｉｓによって筋肉内の酸素濃度に応じて変化する測定値を求めて、電気刺激を与えたときの測定値が反映された情報を使用者に操作兼表示部１２を介して報知することができる。このため、使用者がトレーニングモードを実行しているときに、操作兼表示部１２から筋肉の状態に関する情報を得ることができる。よって、運動中の筋肉の疲労状態を測定することができる。また、電気刺激の強度を筋肉の状態に合わせて容易に設定することができる。

（２）測定信号Ｉｓに基づいて酸素濃度Ｘｓを算出した上で、酸素濃度Ｘｓが反映された情報を操作兼表示部１２に報知させる。このため、酸素濃度Ｘｓに応じた筋肉の状態、言い換えると疲労状態や負荷状態等を求めて情報として出力することができる。

（３）筋肉の疲労による酸素濃度Ｘｓの低下量の積分値を算出するので、酸素濃度Ｘｓの低下がわかりやすくなり、筋肉の疲労を検出し易くすることができる。
（実施の形態２）
以下、図６を参照して電気刺激装置の実施の形態２について説明する。この実施の形態の電気刺激装置は、電気刺激を与えたときの回復時間に基づいて筋肉の疲労を判定する点が上記実施の形態１と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。ここでは、トレーニングの筋肉動作に対して電気刺激を負荷となるように筋肉に与える場合について説明する。

図６（ｂ）に示されるように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで、第２の電圧Ｖ２と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ２の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘが出力されている。図６（ａ）に示されるように、上記のパルスの出力電圧Ｖｘが出力されると、筋肉内の酸素濃度Ｘｓが低下し、出力電圧Ｖｘの出力がなくなると筋肉内の酸素濃度Ｘｓが低下した値から上昇する。筋肉内の酸素濃度Ｘｓは、出力電圧Ｖｘの出力の有無に応じて低下と上昇とを繰り返す。時刻ｔ１２において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは基準値Ｘ０まで上昇する。

筋肉が疲労している時には、筋肉への酸素供給が低下した状態となる。つまり、疲労している筋肉に電気刺激を与えると、酸素濃度Ｘｓは疲労していない時よりも小さくなる。このため、電気刺激を与えることを止めた後、酸素濃度Ｘｓが基準値Ｘ０に回復するまでの時間が疲労している時の方が長くなる。例えば、筋肉が疲労していない時に、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで第２の電圧Ｖ２のパルスの電圧を出力すると、酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下である状態が判定時間Ｔａ継続する。また、筋肉が疲労している時に、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで第２の電圧Ｖ２のパルスの出力電圧Ｖｘを出力すると、酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下である状態が時間Ｔｂ継続する。この時間Ｔｂは、筋肉の疲労が大きいほど長くなる。そこで、制御部１１は、酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下である状態が判定時間Ｔａ以上にわたって継続したことに基づいて、筋肉が疲労していることを示す情報を操作兼表示部１２に報知させる。すなわち、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下である状態である時間Ｔｂが判定時間Ｔａ以上であることに基づいて筋肉が疲労していると判定することができる。負荷判定値Ｘ１及び判定時間ＴａがＥＥＰＲＯＭ１８に予め記憶されている。

次に、上記のように説明した電気刺激装置の動作について説明する。
使用者は、サポータ４０を脚に装着して、電気刺激装置を起動させ、酸素濃度Ｘｓを測定させる。制御部１１は、測定が指示されると、第２の電圧Ｖ２と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ２の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘを出力させる。

制御部１１は、パルスの出力電圧Ｖｘを出力することによって酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下である状態が判定時間Ｔａ以上であることに基づいて筋肉が疲労していると判定する。すなわち、判定部１５は、ＥＥＰＲＯＭ１８に記憶された負荷判定値Ｘ１及び判定時間Ｔａを読み出す。そして、判定部１５は、ＲＡＭ１７から時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの間の微小時間毎の酸素濃度Ｘｓを読み出し、酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下である状態である時間Ｔｂを算出する。そして、判定部１５は、算出した時間Ｔｂが判定時間Ｔａ以上にわたって継続していると筋肉が疲労していることを操作兼表示部１２に出力する。操作兼表示部１２は、判定部１５の指示に従って筋肉が疲労していることを示す情報を表示する。

使用者は、操作兼表示部１２に表示された筋肉が疲労していることを示す情報を見ることで、トレーニング中の筋肉の疲労状態を把握することができる。よって、電気刺激の強度を筋肉の疲労状態に合わせて容易に設定することができる。そして、使用者は、筋肉に過度な負荷を与えないように電気刺激の強度を変更しながら、安全にトレーニングすることができる。

以上説明したように、本電気刺激装置によれば、実施の形態１の（１）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（４）酸素濃度Ｘｓが負荷判定値Ｘ１以下であるとともに、判定時間Ｔａ以上継続していることに基づいて筋肉が疲労していることを示す情報を操作兼表示部１２から報知する。このため、筋肉が疲労していることを確実に検出して筋肉の状態に関する情報を報知することができる。

（実施の形態３）
以下、図７及び図８を参照して電気刺激装置の実施の形態３について説明する。この実施の形態の電気刺激装置は、酸素濃度Ｘｓに応じて出力電圧Ｖｘの出力を変更する点が上記実施の形態１と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。ここでは、筋肉に電気刺激を与えながらトレーニングを繰り返し行った場合について説明する。

図７（ｂ）に示されるように、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの時間Ｔ４、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの時間Ｔ４において、第３の電圧Ｖ３と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ３の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘが出力されている。時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までにおいて、第４の電圧Ｖ４と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ３の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘが出力されている。時間Ｔ４におけるパルスの集まりをパルス群とすると、パルス群の出力は時間Ｔ５の間隔をおいて繰り返される。

図７（ａ）に示されるように、上記のパルスの出力電圧Ｖｘが出力されると、筋肉内の酸素濃度Ｘｓがある値まで低下し、出力電圧Ｖｘの出力がなくなると筋肉内の酸素濃度Ｘｓが低下した値から上昇する。筋肉内の酸素濃度Ｘｓは、出力電圧Ｖｘの出力の有無に応じて低下と上昇とを繰り返す。時刻ｔ２２、時刻ｔ２４、時刻ｔ２６において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは基準値Ｘ０まで上昇する。

図７に示されるように、時間Ｔ４の間、電気刺激を筋肉に与えることで時刻ｔ２３から時刻ｔ２４の間において酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２よりも低い値となると、制御部１１はパルス群の出力電圧Ｖｘを第３の電圧Ｖ３から第４の電圧Ｖ４に低くする。更に、時刻ｔ２５から時刻ｔ２６の間において酸素濃度Ｘｓが第３の判定値Ｘ３よりも低い値となると、制御部１１は出力電圧Ｖｘの出力を停止する。なお、第２の判定値Ｘ２は、第３の判定値Ｘ３よりも高い（Ｘ２＞Ｘ３）。また、第３の電圧Ｖ３は、第４の電圧Ｖ４よりも高い（Ｖ３＞Ｖ４）。予め酸素濃度Ｘｓの第２の判定値Ｘ２及び第３の判定値Ｘ３がＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されている。なお、第２の判定値Ｘ２及び第３の判定値Ｘ３が弱化判定値に相当する。そして、第２の判定値Ｘ２は出力電圧Ｖｘを低くするか否かを判定する判定値であって、第３の判定値Ｘ３は出力電圧Ｖｘをゼロにするか否かを判定する判定値である。

図８（ｂ）に示されるように、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの時間Ｔ４、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの時間Ｔ４、時刻ｔ３５から時刻ｔ３６までの時間Ｔ４において、第５の電圧Ｖ５と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ３の矩形波であるパルスの電圧が出力されている。時間Ｔ４におけるパルスの集まりをパルス群とすると、パルス群の出力は時間Ｔ５の間隔をおいて繰り返される。

図８（ａ）に示されるように、上記のパルスの出力電圧Ｖｘが出力されると、筋肉内の酸素濃度Ｘｓがある値まで低下し、出力電圧Ｖｘの出力がなくなると筋肉内の酸素濃度Ｘｓが低下した値から上昇する。筋肉内の酸素濃度Ｘｓは、電圧の出力の有無に応じて低下と上昇とを繰り返す。時刻ｔ３２、時刻ｔ３４、時刻ｔ３６において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは基準値Ｘ０まで上昇する。

図８に示されるように、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２の間において酸素濃度Ｘｓが第４の判定値Ｘ４よりも低い値とならないと、制御部１１はパルス群の出力電圧Ｖｘを第５の電圧Ｖ５から第６の電圧Ｖ６に高くする。なお、第６の電圧Ｖ６は、第５の電圧Ｖ５よりも高い（Ｖ６＞Ｖ５）。また、第４の判定値Ｘ４は、第２の判定値Ｘ２よりも高い（Ｘ４＞Ｘ２）。酸素濃度の第４の判定値Ｘ４がＥＥＰＲＯＭ１８に予め記憶されている。なお、第４の判定値Ｘ４が強化判定値に相当する。

次に、上記のように説明した電気刺激装置の動作について説明する。
使用者は、サポータ４０を脚に装着して、電気刺激装置を起動させ、酸素濃度Ｘｓを測定させる。制御部１１は、測定が指示されると、第３の電圧Ｖ３と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ３の矩形波であるパルス群の出力電圧Ｖｘを出力させる。

図７に示されるように、制御部１１は、第３の電圧Ｖ３のパルスを時間Ｔ４の間出力しつつ、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２よりも低いか否かを判定する。すなわち、判定部１５は、ＥＥＰＲＯＭ１８に記憶された第２の判定値Ｘ２を読み出す。判定部１５は、ＲＡＭ１７から酸素濃度Ｘｓを読み出し、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２よりも低いか否かを判定する。判定部１５は、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの間では、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２よりも高いと判定して、次の時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの間のパルス群の出力電圧Ｖｘを変更しない。判定部１５は、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの間では、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２よりも低いので、筋肉の疲労が大きいと判定して、次の時刻ｔ２５からのパルス群の出力電圧Ｖｘを第３の電圧Ｖ３から第４の電圧Ｖ４に変更する。

さらに、制御部１１は、第４の電圧Ｖ４のパルスを時間Ｔ４の間出力しつつ、酸素濃度Ｘｓが第３の判定値Ｘ３よりも低いか否かを判定する。すなわち、判定部１５は、ＥＥＰＲＯＭ１８に記憶された第３の判定値Ｘ３を読み出す。判定部１５は、ＲＡＭ１７から酸素濃度Ｘｓを読み出し、第３の判定値Ｘ３よりも低いか否かを判定する。判定部１５は、時刻ｔ２６において、第３の判定値Ｘ３よりも低いので、筋肉の疲労が更に大きいと判定して、出力電圧Ｖｘの出力を停止する。

図８に示されるように、制御部１１は、第５の電圧Ｖ５のパルスを時間Ｔ４の間出力しつつ、酸素濃度Ｘｓが第４の判定値Ｘ４よりも高いか否かを判定する。すなわち、判定部１５は、ＥＥＰＲＯＭ１８に記憶された第４の判定値Ｘ４を読み出す。判定部１５は、ＲＡＭ１７から酸素濃度Ｘｓを読み出し、酸素濃度Ｘｓが第４の判定値Ｘ４よりも高いか否かを判定する。判定部１５は、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの間では、酸素濃度Ｘｓが第４の判定値Ｘ４よりも高いので、トレーニングの負荷が低いと判定して、次の時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの間のパルス群の出力電圧Ｖｘを第５の電圧Ｖ５から第６の電圧Ｖ６に変更する。

さらに、判定部１５は、ＲＡＭ１７から酸素濃度Ｘｓを読み出し、酸素濃度Ｘｓが第４の判定値Ｘ４よりも高いか否かを判定する。判定部１５は、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４まで、時刻ｔ３５から時刻ｔ３６において、酸素濃度Ｘｓが第４の判定値Ｘ４よりも低いので、出力電圧Ｖｘの高さを変更せず維持する。

電気刺激装置は、筋肉の疲労が大きいときには、出力電圧Ｖｘを低くしたり、出力電圧Ｖｘの出力を停止したりすることで、筋肉の疲労を抑制して安全にトレーニングを行うことができる。また、筋肉の疲労が小さいときには、出力電圧Ｖｘを高くすることで効果的にトレーニングを行うことができる。よって、電気刺激の強度を筋肉の疲労状態に合わせて容易に設定することができる。

以上説明したように、本電気刺激装置によれば、実施の形態１の（１）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（５）トレーニングモードを実行して酸素濃度が低下しつつ、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２又は第３の判定値Ｘ３以下であるということは、電気刺激の影響が大きいということである。よって、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２以下であるときは電気刺激の強度を弱め、酸素濃度Ｘｓが第３の判定値Ｘ３以下であるときは電気刺激の出力を停止させる。その結果、酸素濃度Ｘｓの更なる低下を停止させることができる。

（６）トレーニングモードを実行して酸素濃度が低下しつつ、酸素濃度Ｘｓが第２の判定値Ｘ２よりも低下しないということは、電気刺激の影響が少ないということである。よって、電気刺激の強度を強めることで、筋肉に負荷を与えて酸素濃度Ｘｓを更に低下させることができる。

（実施の形態４）
以下、図９〜図１１を参照して電気刺激装置の実施の形態４について説明する。この実施の形態の電気刺激装置は、電気刺激を与えた後の回復の程度に基づいて筋肉の疲労を判定する点が上記実施の形態１と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。ここでは、トレーニングによって筋肉に疲労が貯まった場合や筋力が弱くトレーニングが難しい場合について説明する。

図９（ｂ）に示されるように、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの時間Ｔ７、時刻ｔ４３から時刻ｔ４４までの時間Ｔ７、時刻ｔ４５から時刻ｔ４６までの時間Ｔ７において第６の電圧Ｖ６と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ６の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘが出力されている。時間Ｔ７におけるパルスの集まりをパルス群とすると、パルス群の出力は時間Ｔ８の間隔をおいて繰り返される。

図９（ａ）に示されるように、上記のパルスの電圧が出力されると、筋肉内の酸素濃度Ｘｓがある値まで低下し、出力電圧Ｖｘの出力がなくなると筋肉内の酸素濃度Ｘｓが低下した値から上昇する。筋肉内の酸素濃度Ｘｓは、出力電圧Ｖｘの出力の有無に応じて低下と上昇とを繰り返す。時刻ｔ４２において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは基準値Ｘ０までほぼ上昇する。時刻ｔ４４において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは第５の判定値Ｘ５より高く上昇するが基準値Ｘ０まで上昇しない。時刻ｔ４６において出力電圧Ｖｘの出力がなくなると、酸素濃度Ｘｓは第５の判定値Ｘ５まで上昇しない。なお、第５の判定値Ｘ５が回復判定値に相当する。

電気刺激を停止すると、筋肉は筋収縮が解かれ、酸素濃度Ｘｓが基準値Ｘ０まで回復する。しかしながら、筋肉に疲労が貯まっている場合には、電気刺激を与えることを停止しても基準値Ｘ０まで回復するのに時間を要したり、戻らなかったりする。そこで、制御部１１は、電圧の出力を停止した時刻ｔ４２，ｔ４４，ｔ４６から第９の判定時間Ｔ９が経過しても酸素濃度Ｘｓが第５の判定値Ｘ５まで回復しないことに基づいて、筋肉が疲労していることを示す情報を操作兼表示部１２に報知させる。予め酸素濃度Ｘｓの第５の判定値Ｘ５がＥＥＰＲＯＭ１８に記憶されている。なお、第９の判定時間Ｔ９が回復判定時間に相当する。

次に、上記のように説明した電気刺激装置の動作について説明する。
使用者は、サポータ４０を脚に装着して、電気刺激装置を起動させ、酸素濃度Ｘｓを測定させる。制御部１１は、測定が指示されると、第６の電圧Ｖ６と電圧ゼロとの二値の間で切り替わる周期Ｔ６の矩形波であるパルスの出力電圧Ｖｘを出力させる。

制御部１１は、パルスの出力電圧Ｖｘを出力した後、時間Ｔ９が経過するまでに酸素濃度Ｘｓが第５の判定値Ｘ５よりも低い状態であることに基づいて筋肉が疲労していると判定する。すなわち、判定部１５は、ＥＥＰＲＯＭ１８に記憶された第５の判定値Ｘ５及び時間Ｔ９を読み出す。判定部１５は、ＲＡＭ１７から時刻ｔ４２からの微小時間毎の酸素濃度Ｘｓを読み出し、酸素濃度Ｘｓが第５の判定値Ｘ５よりも低いと筋肉が疲労していることを操作兼表示部１２に出力する。操作兼表示部１２は、判定部１５の指示に従って筋肉が疲労していることを示す情報を表示する。

制御部１１は、筋肉が疲労していると判定した場合には、動作モードを変更する。例えば、制御部１１は、筋肉に負荷を与えるトレーニングモードから筋肉の動きを支援するアシストモードに変更する。トレーニングモードとアシストモードとは、電気刺激の位置及びタイミングが異なる。

詳しくは、図１０に示されるように、トレーニングモードでは、筋肉が伸びる側に電気刺激を与えることで、筋収縮を起こさせて筋肉に負荷を与えることができる。つまり、歩行運動において太ももを鍛える場合には、脚を踏み込むときに太ももの前側に電気刺激を与え、脚を持ち上げるときに太ももの後側に電気刺激を与える。

また、図１１に示されるように、アシストモードでは、筋肉が縮む側に電気刺激を与えることで、筋収縮を起こさせて筋肉の動きを支援することができる。つまり、歩行運動において太ももを支援する場合には、脚を踏み込むときに太ももの後側に電気刺激を与え、脚を持ち上げるときに太ももの前側に電気刺激を与える。

使用者は、操作兼表示部１２に表示された筋肉が疲労していることを示す情報を見ることで、トレーニング中の筋肉の状態を把握することができる。さらに、動作モードをトレーニングモードからアシストモードに変更することで、筋肉への負荷を抑えることができる。

以上説明したように、本電気刺激装置によれば、実施の形態１の（１）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（７）酸素濃度Ｘｓが時間Ｔ９を経過しても第５の判定値Ｘ５まで回復しないと電気刺激の影響が十分であるということなので、筋肉が疲労していることを確実に検出して報知することができる。

（実施の形態５）
以下、図１２及び図１３を参照して、電気刺激装置の実施の形態５について説明する。この実施の形態の電気刺激装置は、両脚に電気刺激を与え、両脚の疲労度を調整する点が上記実施の形態１と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１３に示されるように、電気刺激装置は、コントローラ１０と、２つのサポータ４０Ｒ，４０Ｌとを備えている。第１のサポータ４０Ｒが右脚に装着され、第２のサポータ４０Ｌが左脚に装着されている。第１のサポータ４０Ｒには、第１の電極部２０Ｒと、第１の測定部としての第１の光電センサ３０Ｒとが取り付けられている。第２のサポータ４０Ｌには、第２の電極部２０Ｌと、第２の測定部としての第２の光電センサ３０Ｌとが取り付けられている。

電気刺激装置は、各脚に電気刺激を与えるとともに、各脚の筋肉内の酸素濃度Ｘｓを測定する。なお、第１の光電センサ３０Ｒから出力された測定信号Ｉｓに基づいて算出される酸素濃度Ｘｓが第１の酸素濃度に相当する。また、第２の光電センサ３０Ｌから出力された測定信号Ｉｓに基づいて算出される酸素濃度Ｘｓが第２の酸素濃度に相当する。

ところで、各電極部２０Ｒ，２０Ｌを左右の脚に取り付けた場合、左右の脚の筋肉の疲労度に差が生じることがある。左右の脚の筋肉の疲労度に差が生じたままトレーニングを継続すると左右の疲労度の差が大きくなってしまう。そこで、制御部１１は、各脚の筋肉の疲労度の最小値を逐次比較して、左右の疲労度の差が所定値に収まるように電気刺激を制御する。

図１３に示されるように、電気刺激装置の制御部１１は、まず両脚に電気刺激を与える（ステップＳ１）。すなわち、電気刺激制御部１６は、操作兼表示部１２に対して測定の操作が行われると、電源部１３を介して電気を電極部２０Ｒ，２０Ｌに出力する。電源部１３は、電気刺激制御部１６の入力に従って電極部２０Ｒ，２０Ｌに電圧を出力する。各脚の電極部２０Ｒ，２０Ｌに出力される電圧は、初期は同一だが、調整された場合には調整された異なる電圧となる。

続いて、制御部１１は、両脚の筋肉内の酸素濃度Ｘｓを測定する（ステップＳ２）。すなわち、酸素濃度算出部１４は、電圧が電極部２０Ｒ，２０Ｌに出力される状態における光電センサ３０Ｒ，３０Ｌから出力された測定信号Ｉｓに基づいて酸素濃度Ｘｓを微小時間毎に算出する。そして、酸素濃度算出部１４は、算出した酸素濃度Ｘｓを判定部１５に出力する。判定部１５は、入力された酸素濃度ＸｓをＲＡＭ１７に記憶させる。

続いて、制御部１１は、左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬを算出する（ステップＳ３）。すなわち、判定部１５は、第２の光電センサ３０Ｌから出力された測定信号Ｉｓに基づく、微小時間毎の酸素濃度ＸｓをＲＡＭ１７から読み出し、左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬを算出する。

また、制御部１１は、右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲを算出する（ステップＳ４）。すなわち、判定部１５は、第１の光電センサ３０Ｒから出力された測定信号Ｉｓに基づく、微小時間毎の酸素濃度ＸｓをＲＡＭ１７から読み出し、右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲを算出する。

続いて、制御部１１は、左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬと右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲとの差Ｙを算出する（ステップＳ５）。すなわち、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙを式（Ｙ＝ＸＬ−ＸＲ）によって算出する。

そして、制御部１１は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが第１の所定値Ｅ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。すなわち、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが所定範囲に収まるように、所定範囲の上限よりも大きいか否かを第１の所定値Ｅ１によって判定する。第１の所定値Ｅ１は、所定範囲の上限値と同一としてもよいし、所定範囲の上限値よりも少し大きな値としてもよい。その結果、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが第１の所定値Ｅ１よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬが右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲよりも大きいので、右脚の酸素濃度Ｘｓを上げるべく右脚に出力されている電圧を下げる（ステップＳ９）。

一方、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが第１の所定値Ｅ１以下であると判定した場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが第２の所定値Ｅ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７）。すなわち、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが所定範囲に収まるように、所定範囲の下限よりも小さいか否かを第２の所定値Ｅ２によって判定する。第２の所定値Ｅ２は、所定範囲の下限値と同一としてもよいし、所定範囲の下限値よりも少し小さな値としてもよい。その結果、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが第２の所定値Ｅ２よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲが左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬよりも大きいので、左脚の酸素濃度Ｘｓを上げるべく左脚に出力されている電圧を下げる（ステップＳ１０）。

一方、判定部１５は、酸素濃度Ｘｓの差Ｙが第２の所定値Ｅ２以上であると判定した場合には（ステップＳ７：ＮＯ）、現在の電圧を維持して（ステップＳ８）、ステップＳ１に移行する。

よって、左右の脚に電気刺激を与える場合に、左右の脚の酸素濃度Ｘｓの差Ｙに基づいて酸素濃度Ｘｓの差Ｙが所定範囲内に収まるように制御することで、左右の脚の疲労度の差が大きくならないようにトレーニングを継続することができる。

以上説明したように、本電気刺激装置によれば、実施の形態１の（１）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（８）第１の電極部２０Ｒが電気刺激を与える右脚の筋肉内の酸素濃度Ｘｓを第１の光電センサ３０Ｒが出力した測定信号Ｉｓに基づいて算出する。また、第２の電極部２０Ｌが電気刺激を与える左脚の筋肉内の酸素濃度Ｘｓを第２の光電センサ３０Ｌが出力した測定信号Ｉｓに基づいて算出する。そして、各算出した酸素濃度Ｘｓの差を各電極部２０Ｒ，２０Ｌの制御に用いる。このため、各電極部２０Ｒ，２０Ｌが与える電気刺激を制御することで、筋肉の疲労や筋肉への負荷を制御することができる。

（９）左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬと右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲとの差Ｙが小さくなるように第１の電極部２０Ｒと第２の電極部２０Ｌとを制御部１１が制御する。このため、各電極部２０Ｒ，２０Ｌが取り付けられた両脚の酸素濃度Ｘｓを近づけることができ、ひいては両脚の筋肉の疲労や両脚の筋肉への負荷を近づけることができる。

（変形例）
各実施の形態に関する説明は、本電気刺激装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本電気刺激装置は、各実施の形態以外に例えば以下に示される各実施の形態の変形例を取り得る。

・上記各実施の形態では、筋肉が疲労していることを示す情報に代えて、筋肉に負荷が与えられていることを示す情報を報知してもよい。また、筋肉が疲労していることを示す情報と筋肉に負荷が与えられていることを示す情報との両方を報知してもよい。

・上記実施の形態１では、測定信号Ｉｓに基づいて算出した酸素濃度Ｘｓを積分した積分値を用いて筋肉の疲労状態を判定した。しかしながら、測定信号Ｉｓから求められる測定値を積分した積分値を用いて筋肉の疲労状態を判定してもよい。

・上記実施の形態２において、時間Ｔｂの長さ自体によって筋肉の疲労状態を判定することもできる。このような場合には、時間Ｔｂと各時間Ｔｂに対する筋肉の疲労状態との情報（マップ）がＥＥＰＲＯＭ１８に予め記憶されている。

・上記実施の形態２において、負荷判定値Ｘ１に代えて基準値Ｘ０によって判定してもよい。すなわち、基準値Ｘ０よりも低い状態の時間を時間Ｔｂとする。このようにすれば、電圧を出力した時刻ｔ１１からの時間を算出すればよいので、時間の始点の算出が不要である。

・上記実施の形態３において、酸素濃度が第３の判定値Ｘ３よりも低いときに電気刺激の出力を停止したが、電気刺激の出力を停止せず、さらに電圧を低下させてもよい。
・上記実施の形態４において、電気刺激が与えられてから基準値Ｘ０に戻るまでの時間が短ければ、第５の判定値Ｘ５に代えて基準値Ｘ０によって判定してもよい。

・上記実施の形態５において、ステップＳ９において左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬが右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲよりも大きいので、左脚の酸素濃度Ｘｓを下げるべく左脚に出力されている電圧を上げてもよい。同様に、ステップＳ１０において右脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＲが左脚の酸素濃度Ｘｓの最小値ＸＬよりも大きいので、右脚の酸素濃度Ｘｓを下げるべく右脚に出力されている電圧を上げてもよい。

・上記実施の形態５において、酸素濃度Ｘｓの差Ｙを式（Ｙ＝ＸＲ−ＸＬ）によって算出してもよい。この場合には、ステップＳ９において左脚の電気刺激の電圧を下げるとともに、ステップＳ１０において右脚の電気刺激の電圧を下げる。または、ステップＳ９において右脚の電気刺激の電圧を上げるとともに、ステップＳ１０において左脚の電気刺激の電圧を上げる。

・上記各実施の形態では、操作兼表示部１２は、タッチパネルでもよい。タッチパネルは、その表面を操作部として用いることにより、ボタンを減らしたり、無くしたりすることができる。

・上記各実施の形態では、操作兼表示部１２は、情報の報知が可能であれば、表示部とともに、または、表示部に代えて、音、音声、振動や光などを出力する機能を有していてもよい。これにより、文字や画像以外の方法によって情報を報知することができる。

・上記各実施の形態では、操作兼表示部１２は、使用者の生体に関する情報が入力されてもよい。生体に関する情報としては、年齢、性別、身長、体重、健康状態などが挙げられる。電気刺激制御部１６は、生体に関する情報を操作兼表示部１２から入力され、この入力された情報に基づき電源部１３に指示する電圧指令Ｖｃを調整することができる。

・上記各実施の形態では、トレーニングの目的に適した電気刺激を筋肉に与えることができるのであれば、電気刺激制御部１６は、電圧指令Ｖｃを、漸増、一定やパルス状、及びそれらの二つ以上を組み合わせて構成されるパターンを含む指令としてもよい。

・上記各実施の形態では、第１の電極２１、第２の電極２２及び光電センサ３０，３０Ｒ，３０Ｌは、筋肉が対象となる部位であれば、脚以外の部位、例えば腕、腹部などに装着されてもよい。

・上記各実施の形態では、第１の電極２１及び第２の電極２２は、筋肉に電気刺激を与えることができるものであればよく、使用者の体表面に直接貼り付けられるものなど、サポータ以外の方法で使用者の体に装着されるものであってもよい。

・上記各実施の形態では、光電センサ３０，３０Ｒ，３０Ｌは、酸素濃度を測定することができるのであれば、使用者の体表面に直接貼り付けられるなど、サポータ以外の方法で使用者に装着されてよい。

・上記各実施の形態では、発光部３１と受光部３２との間Ｗ隔は、３０ｍｍには限定されない。発光部３１と受光部３２との間隔Ｗの１／２の距離が生体組織の透過深度と言われていことから、目的に応じて定まる生体組織の透過深度に応じて発光部３１と受光部３２との間隔Ｗを設定することができる。なお、筋肉内の酸素濃度を測定することができるのであれば、間隔Ｗと透過深度との関係は１／２に限定されるものではない。

・上記各実施の形態では、発光部３１は、酸素濃度を測定可能であれば、７６０ｎｍ，８０５ｎｍ，８４０ｎｍ以外の波長を用いてもよい。例えば、波長としては、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの等吸収点である８０５ｎｍを跨ぐような波長を選択することが好ましいが、吸光度に相違が生じればそれ以外の波長が用いられてもよい。

・上記各実施の形態では、発光部３１は、酸素濃度を測定可能であれば、２波長を発光するものでもよい。２波長の場合、例えば、波長として、７６０ｎｍ、８４０ｎｍの組合せが挙げられる。

・上記各実施の形態では、出力電圧Ｖｘの変更にて電気刺激の強度を調整する場合について例示したが、電気刺激の強度を調整することができるのであれば、この調整を電流や電力の変更などによって調整してもよい。

・上記各実施の形態では、ＲＡＭ１７を備えたが、電源が入っているときに一時的に記憶することができるメモリであれば、他の記憶装置でもよい。
・上記実施の形態２の構成において、ＥＥＰＲＯＭ１８を備えたが、電源が入っていないときに記憶が維持されるメモリであれば、他の記憶装置でもよい。

１０：コントローラ
１１：制御部
１２：操作兼表示部（報知部）
１３：電源部
１４：酸素濃度算出部
１５：判定部
１６：電気刺激制御部
２０，２０Ｒ，２０Ｌ：電極部
２１：第１の電極
２２：第２の電極
３０，３０Ｒ，３０Ｌ：光電センサ（測定部）
３１：発光部
３２：受光部
４０，４０Ｒ，４０Ｌ：サポータ

Claims (9)

1. 対象物に電気刺激を与える電極部と、
   前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、
   前記測定信号に基づいて得られる筋肉の状態に関する情報を報知する報知部と、
   トレーニングに寄与し得る前記電気刺激を前記電極部に与えさせるトレーニングモードを備え、前記トレーニングモードを実行しているときに得られる前記測定信号から求められる測定値が反映された前記情報を前記報知部に報知させる制御部と、を備える
   電気刺激装置。
2. 前記測定値は、酸素濃度である
   請求項１に記載の電気刺激装置。
3. 前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに得られる前記測定値を積分して算出する積分値が反映された前記情報を前記報知部に報知させる
   請求項１又は２に記載の電気刺激装置。
4. 前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに算出した前記酸素濃度が負荷判定値以下である状態が判定時間以上にわたって継続していることに基づいて、筋肉が疲労していることを示す情報、及び、筋肉に負荷が与えられていることを示す情報、の少なくとも一方の情報を前記報知部に報知させる
   請求項２又は３に記載の電気刺激装置。
5. 前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに算出した前記酸素濃度が低下する傾向を示し、強化判定値以上であることに基づいて、前記電極部に与えさせる前記電気刺激の強度を強める
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
6. 前記制御部は、前記トレーニングモードを実行しているときに算出した前記酸素濃度が低下する傾向を示し、さらに弱化判定値以下であることに基づいて、前記電極部に与えさせる前記電気刺激の強度を弱める、又はゼロにする
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
7. 前記制御部は、前記トレーニングモードを終了してから回復判定時間が経過しても前記酸素濃度が回復判定値まで回復しないことに基づいて、筋肉が疲労していることを示す情報、及び、筋肉に負荷が与えられていることを示す情報の少なくとも一方の情報を前記報知部に報知させる
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
8. 前記電極部である第１の電極部及び第２の電極部を備え、
   前記測定部である第１の測定部及び第２の測定部を備え、
   前記制御部は、前記第１の測定部により出力される前記測定信号に基づいて前記酸素濃度である第１の酸素濃度を算出し、前記第２の測定部により出力される前記測定信号に基づいて前記酸素濃度である第２の酸素濃度を算出し、前記第１の酸素濃度と前記第２の酸素濃度との差を前記第１の電極部及び前記第２の電極部の制御に用いる
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
9. 前記制御部は前記差が小さくなるように前記第１の電極部及び前記第２の電極部を制御する
   請求項８に記載の電気刺激装置。

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