JP7538771B2 - 筋電位測定装置及び筋電位測定用装着具 - Google Patents

Description

本発明は、筋電位測定装置及び筋電位測定用装着具に関する。

従来、例えばリハビリテーションなどの医療現場では、筋肉の運動に伴って発生する筋電位を測定する装置が使用されることがある。このような装置は、２個又は３個の電極を測定対象の筋肉付近の皮膚に接触させることにより、筋繊維の活動によって発生する活動電位を測定するものである。

筋電位を安定して測定するためには、電極を皮膚に密着させて固定するのが望ましいため、例えば医療用の筋電位測定装置では、電極に粘着層が備えられた湿式の電極が用いられることがある。しかし、湿式の電極が長時間皮膚に密着すると、皮膚のかぶれ等の問題が生じることがあるため、粘着層を用いない乾式の電極が求められる。

乾式の電極としては、例えば衣類の一部に導電性の糸を使用して形成されるテキスタイル電極が検討されている。

特表２０２０－５１２０９５号公報 特開２０１８－０６１７７８号公報

しかしながら、乾式の電極を用いて筋電位を測定する場合には、安定した測定が困難であるという問題がある。具体的には、例えば衣類に形成されるテキスタイル電極が用いられる場合、人体の動きによってテキスタイル電極が皮膚から離れてしまうことがあり、筋電位が測定不能になることがある。

また、テキスタイル電極の面積を比較的大きくすることにより、テキスタイル電極全体が皮膚から離れてしまうことを回避することが考えられるが、このような場合には、テキスタイル電極の皮膚に接触する接触位置が変化する。この結果、電位が測定される複数の電極の接触位置間の距離が変化し、正確な筋電位を測定することは困難である。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、乾式の電極を用いて安定して筋電位を測定することができる筋電位測定装置及び筋電位測定用装着具を提供することを目的とする。

本願が開示する筋電位測定装置は、１つの態様において、人体に装着可能な装着部と、前記装着部に導電性糸を刺繍することによって形成され互いに対向する一対の電極であって、互いに近接する一端が前記装着部から最も高く隆起する一対の電極と、前記一対の電極が接触する測定対象において発生する電位を測定する測定部とを有する。

本願が開示する筋電位測定装置及び筋電位測定用装着具の１つの態様によれば、乾式の電極を用いて安定して筋電位を測定することができるという効果を奏する。

図１は、一実施の形態に係る筋電位測定装置の外観を示す図である。 図２は、一実施の形態に係る筋電位測定装置の構成を示す図である。 図３は、筋電位の測定状態の具体例を示す図である。 図４は、筋電位測定装置の変形例を示す図である。 図５は、筋電位測定装置の他の変形例を示す図である。 図６は、筋電位測定装置のさらに他の変形例を示す図である。

以下、本願が開示する筋電位測定装置及び筋電位測定用装着具の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、一実施の形態に係る筋電位測定装置１００の外観を示す図である。ここでは、腕の筋肉の筋電位を測定する筋電位測定装置１００の外観が示されている。なお、本実施の形態においては、腕の筋肉の筋電位を測定する場合について説明するが、本発明に係る筋電位測定装置は、腕以外の他の部分の筋肉の筋電位を測定することも可能である。

図１に示す筋電位測定装置１００は、装着部１１０及び測定部１２０を有する。

装着部１１０は、人体に装着可能な基材を用いて形成され、筋電位の測定対象の筋肉付近に装着される筋電位測定用装着具である。具体的には、装着部１１０は、例えばポリウレタン、ポリエステル、ポリアミドなどの化学繊維を含む伸縮性がある生地を、装着される人体の部位に応じた形状に成形することによって形成される。ここでは、筋電位測定装置１００が腕に装着されるため、装着部１１０は、伸縮性がある生地を円筒形状に成形することによって形成される。また、後述するように、装着部１１０の測定部１２０が取り付けられる部分には、導電性糸を用いて一対の電極が形成されている。

測定部１２０は、装着部１１０の一対の電極が形成される位置に取り付けられ、人体に接触する電極に流れる電流から電極間の電位を測定する。すなわち、測定部１２０は、一対の電極が形成される位置にある測定対象の筋肉の筋電位を測定する。測定部１２０は、例えば回路基板にＩＣ（Integrated Circuit）チップが搭載されて形成される。

図２は、一実施の形態に係る筋電位測定装置１００の構成を示す図である。すなわち、図２は、測定部１２０の位置における筋電位測定装置１００の断面を模式的に示す。

図２に示すように、装着部１１０には、互いに対向する一対の電極１１１が形成されている。一対の電極１１１は、例えば１０ｍｍ程度の間隔を空けて対向する。電極１１１は、装着部１１０の基材に導電性糸を刺繍することによって形成される。このため、電極１１１は、装着部１１０の基材の人体に接する面（以下「内面」という）１１０ａ及び測定部１２０が取り付けられる面（以下「外面」という）１１０ｂから隆起する。そして、電極１１１の外面１１０ｂ側には、測定部１２０が接続される。

電極１１１は、装着部１１０の基材の内面１１０ａ側と外面１１０ｂ側とに導電性糸を周回させる刺繍により形成される乾式の電極である。このとき、一対の電極１１１の互いに近接する一端１１１ａに近いほど導電性糸を周回させる回数を多くする。これにより、電極１１１は、一対の電極１１１の互いに遠隔する一端１１１ｂから互いに近接する一端１１１ａに向かうにつれて内面１１０ａ及び外面１１０ｂからの高さが高い形状を有する。すなわち、電極１１１は、互いに近接する一端１１１ａにおいて、基材の内面１１０ａ及び外面１１０ｂから最も高くまで隆起している。例えば、一端１１１ａにおいては、電極１１１が基材の内面１１０ａから４ｍｍ程度隆起している。一方、一端１１１ｂにおいては、電極１１１が基材の内面１１０ａから１ｍｍ程度隆起している。

このように、互いに近接する一端１１１ａにおいて電極１１１が最も高くまで隆起することから、筋電位測定装置１００が人体に装着されると、基材の内面１１０ａ側では一対の電極１１１の一端１１１ａが人体に常に接触する。結果として、人体に接触する電極間距離が変化せず、筋電位を安定して測定することが可能となる。また、電極１１１の人体に接する面に傾斜が設けられることで、筋電位測定装置１００を人体に装着する際、装着が容易になるという効果がある。

電極１１１の一端１１１ａの外面１１０ｂ側には、凸ボタン１１２が固定されている。凸ボタン１１２は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）などの導電体から形成され、測定部１２０に固定される凹ボタン１２３に嵌合し、装着部１１０に測定部１２０を固定するとともに、電極１１１と測定部１２０を電気的に接続する。

測定部１２０は、電極１１１が形成される位置において、装着部１１０の基材の外面１１０ｂ側に取り付けられる。測定部１２０は、回路基板１２１、処理回路１２２、凹ボタン１２３及び配線１２４を有する。

回路基板１２１は、可撓性を有する例えばフレキシブル基板であり、装着部１１０の基材に追従して変形可能な基板である。回路基板１２１の装着部１１０と反対側の面には、処理回路１２２が搭載される。処理回路１２２は、一対の電極１１１から流れる電流に基づいて、電極１１１間の電位を測定する。すなわち、処理回路１２２は、電極１１１が接する部位の筋電位を測定する。

回路基板１２１の装着部１１０側の面には、一対の凹ボタン１２３が固定される。これらの凹ボタン１２３は、一対の電極１１１に固定される凸ボタン１１２に対応する位置に設けられる。そして、電極１１１に固定される凸ボタン１１２が対応する凹ボタン１２３に嵌合することにより、測定部１２０が装着部１１０に取り付けられる。凹ボタン１２３は、凸ボタン１１２と同様に、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）などの導電体から形成され、凸ボタン１１２を嵌合させると電極１１１に電気的に接続する。

処理回路１２２と凹ボタン１２３とは、回路基板１２１を貫通する配線１２４によって接続される。配線１２４は、例えば銅又は銅合金などを用いて形成され、凹ボタン１２３と処理回路１２２の端子とを電気的に接続する。これにより、処理回路１２２は、一対の電極１１１と電気的に接続し、電極１１１間の電位を測定することが可能となる。

図３は、筋電位測定装置１００が人体に装着されて筋電位を測定する状態を模式的に示す図である。

図３（ａ）に示すように、筋電位測定装置１００が人体Ｂに装着されると、電極１１１の互いに近接する一端１１１ａが装着部１１０の基材から高く隆起しているため、この一端１１１ａにおいて電極１１１が人体Ｂに接触する。一端１１１ａは、たとえ電極１１１の他の部分が人体Ｂに接触しない場合でも常に人体Ｂに接触するため、一対の電極１１１の人体Ｂに接触する位置の間隔が一定であり、測定部１２０は、電極間距離が変化しない状態で電極１１１に接触する部位の筋電位を測定することができる。

また、図３（ｂ）に示すように、装着部１１０が人体Ｂに接近して電極１１１全体が人体Ｂに接触する場合も、電極間距離は対向する電極１１１の一端１１１ａの間の距離で不変であるため、図３（ａ）の状態と同じ条件で筋電位を測定することができる。すなわち、乾式の電極を用いて安定して筋電位を測定することができる。さらに、電極１１１全体が人体Ｂに接触する場合には、電極１１１に発生するノイズを低減することができ、より正確に筋電位を測定することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、伸縮性がある基材に導電性糸の刺繍によって筋電位測定用の一対の電極を形成する際、互いに近接する一端において基材表面から最も高く隆起するように電極を形成する。このため、各電極の最も高く隆起する一端を常に人体に接触させることができ、一対の電極が人体に接触する位置の間隔である電極間距離を一定にすることができる。結果として、乾式の電極を用いて安定して筋電位を測定することができる。

なお、上記一実施の形態においては、導電性糸を周回させる回数を多くすることにより、電極１１１の一端１１１ａを最も高く隆起させるようにしたが、装着部１１０の基材の内面１１０ａに支持部材を配置し、基材と支持部材を導電性糸によって刺繍することにより、電極１１１を隆起させても良い。具体的には、例えば図４に示すように、装着部１１０の基材の内面１１０ａに綿などの柔軟性材料からなる一対の支持部材２１０を配置する。一対の支持部材２１０は、互いに対向し、互いに近接する一端において内面１１０ａからの高さが最も高い形状を有する。

そして、支持部材２１０の表面と装着部１１０の基材の外面１１０ｂ側とに導電性糸を周回させる刺繍により、一対の電極１１１が形成される。このとき、導電性糸を周回させる回数は、電極１１１のいずれの位置においても同じで良い。電極１１１は、支持部材２１０の形状に合わせて、一対の電極１１１の互いに遠隔する一端１１１ｂから互いに近接する一端１１１ａに向かうにつれて内面１１０ａからの高さが高い形状を有する。すなわち、電極１１１は、互いに近接する一端１１１ａにおいて、基材の内面１１０ａから最も高くまで隆起している。

このように構成することにより、導電性糸を周回させる回数が均等である刺繍によっても、一対の電極１１１の互いに近接する一端１１１ａを人体に常に接触させることができる筋電位測定装置１００が得られる。そして、この筋電位測定装置１００によれば、人体に接触する電極間距離が変化せず、筋電位を安定して測定することが可能となる。

また、上記一実施の形態において、一対の電極１１１の間に伸縮性が小さく非導電性の通常の糸による刺繍をして、装着部１１０の基材を補強するようにしても良い。具体的には、例えば図５に示すように、装着部１１０の一対の電極１１１によって挟まれる領域に、補強部２２０が形成されるようにしても良い。補強部２２０は、装着部１１０の基材の内面１１０ａ側と外面１１０ｂ側とに通常の繊維からなる糸を周回させる刺繍により形成される。補強部２２０は、一対の電極１１１の一端１１１ａの高さを超えない範囲で、装着部１１０から隆起する。

このように、電極１１１間に補強部２２０が形成されることにより、一対の電極１１１間の基材が補強されて変形しにくくなり、電極間距離を確実に一定に保つことができる。また、補強部２２０が、一対の電極１１１の間に、電極１１１と接触し且つ電極１１１間を繋ぐように設けられることで、装着部１１０が伸縮しても電極間距離が変化し難くなる。結果として、人体に接触する電極間距離が変化せず、筋電位を安定して測定することが可能となる。

さらに、上記一実施の形態においては、基材に導電性糸を刺繍して装着部１１０が形成されるものとしたが、装着部１１０全体を糸を織ることによって形成しても良い。この場合、例えば図６に示すように、装着部１１０の一対の電極１１１以外の部分については、通常の繊維からなる糸を織ることによって形成し、電極１１１の部分については、導電性糸を織ることによって形成する。そして、一対の電極１１１については、太さが異なる導電性糸を用いることにより、互いに近接する一端１１１ａを最も高くまで隆起させる。すなわち、一対の電極１１１の互いに近接する一端１１１ａに近づくほど太い導電性糸を織って電極１１１を形成する。

このように、導電性糸を用いた刺繍以外にも、太さが異なる導電性糸を織ることによって、互いに近接する一端１１１ａが最も高く隆起する一対の電極１１１を形成することができる。また、例えば、導電性糸を用いて別体として形成された電極１１１を、装着部１１０の基材の内面１１０ａに蒸着又はプリントして、互いに近接する一端１１１ａが最も高く隆起する一対の電極１１１を形成することも可能である。これらの場合には、蒸着又はプリントされる電極１１１の位置において、基材の外面１１０ｂ側に導電性糸を用いて凸ボタン１１２を縫い付け、内面１１０ａ側の電極１１１と外面１１０ｂ側の凸ボタン１１２とが電気的に接続されるようにしても良い。

また、上記一実施の形態においては、互いに近接する一端１１１ａが最も高く隆起する一対の電極１１１が形成されるものとしたが、これらの一対の電極１１１の他に接地電極が形成されても良い。接地電極は、一対の電極１１１と同様に導電性糸の刺繍によって形成されても良い。また、接地電極は、一対の電極１１１の一端１１１ａの高さを超えない範囲で、装着部１１０の基材の内面１１０ａからの高さが一定であっても良い。

１１０ 装着部
１１１ 電極
１１２ 凸ボタン
１２０ 測定部
１２１ 回路基板
１２２ 処理回路
１２３ 凹ボタン
１２４ 配線

Claims (10)

1. 人体に装着可能な装着部と、
   前記装着部に導電性糸を刺繍することによって形成され互いに対向する一対の電極であって、互いに近接する一端が前記装着部から最も高く隆起する一対の電極と、
   前記一対の電極が接触する測定対象において発生する電位を測定する測定部と
   を有することを特徴とする筋電位測定装置。
2. 前記一対の電極は、
   互いに遠隔する一端から前記互いに近接する一端に向かうにつれて導電性糸を周回させる回数が多くなる刺繍によって形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の筋電位測定装置。
3. 前記一対の電極は、
   前記装着部の人体に接触する側に配置される支持部材であって前記互いに近接する一端において前記装着部から最も高く隆起する支持部材と前記装着部とに導電性糸を周回させる刺繍によって形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の筋電位測定装置。
4. 前記装着部の前記一対の電極によって挟まれる領域に、非導電性の糸を刺繍することによって形成される補強部
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の筋電位測定装置。
5. 前記補強部は、
   前記一対の電極の最も高く隆起する一端を超えない範囲で、前記装着部から隆起する
   ことを特徴とする請求項４記載の筋電位測定装置。
6. 前記一対の電極の前記測定対象に接触する側とは反対側に固定される導電性の第１のボタンと、
   前記測定部に固定され、前記第１のボタンと嵌合可能な第２のボタンと
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の筋電位測定装置。
7. 人体に装着可能な装着部と、
   前記装着部に導電性糸を刺繍することによって形成され互いに対向する一対の電極であって、互いに近接する一端が前記装着部から最も高く隆起する一対の電極と
   を有することを特徴とする筋電位測定用装着具。
8. 前記一対の電極は、
   互いに遠隔する一端から前記互いに近接する一端に向かうにつれて導電性糸を周回させる回数が多くなる刺繍によって形成される
   ことを特徴とする請求項７記載の筋電位測定用装着具。
9. 前記一対の電極は、
   前記装着部の人体に接触する側に配置される支持部材であって前記互いに近接する一端において前記装着部から最も高く隆起する支持部材と前記装着部とに導電性糸を周回させる刺繍によって形成される
   ことを特徴とする請求項７記載の筋電位測定用装着具。
10. 前記装着部の前記一対の電極によって挟まれる領域に、非導電性の糸を刺繍することによって形成される補強部
    をさらに有することを特徴とする請求項７記載の筋電位測定用装着具。

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