特許 6106822 筋活動量計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6106822

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】筋活動量計測装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0488 20060101AFI20170327BHJP

   A61B 5/0408 20060101ALI20170327BHJP

   A61B 5/0478 20060101ALI20170327BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/04 330

   A61B5/04 300M

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-117400(P2012-117400)

(22)【出願日】2012年5月23日

(65)【公開番号】特開2013-244027(P2013-244027A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2015年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】310010575

【氏名又は名称】地方独立行政法人北海道立総合研究機構

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(73)【特許権者】

【識別番号】592059448

【氏名又は名称】原田電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】特許業務法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 康博

(72)【発明者】

【氏名】但野 茂

(72)【発明者】

【氏名】原田 証英

【審査官】 佐藤 高之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３０９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２４７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０２３９９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−０３２０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１２９８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２８７８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０６３０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／００−５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

身体の概円柱状部位の周囲に環状に配列した表面電極と、
前記表面電極における表面筋電位を計測する表面筋電位計測部と、を有する筋活動量計測装置であって、
前記身体の概円柱状部位の前記表面電極を環状に配列した位置の横断面の筋の筋活動量から、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算する表面筋電位シミュレーション部と、
前記表面筋電位シミュレーション部で計算された前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と、前記表面筋電位計測部で計測された前記表面電極の位置における表面筋電位とを概一致させるように前記横断面の筋活動量を調整し、概一致したときの筋活動量を身体内の筋活動量と推定する筋活動量推定部と、
を具備し、
前記表面筋電位シミュレーション部は、
（ア）身体の概円柱状部位の円断面を有限要素分割により５ｍｍ以下に細かく分割した筋ブロック領域と、
（イ）前記筋ブロック領域を構成する、前記筋ブロック領域幅の１／２以下に細かく分割した仮想筋線維と、
を想定し、
（ウ）前記筋ブロック領域の大きさを、横断面の外周付近は細かく、概中心に向かうに従い大きくして、
前記仮想筋線維の筋活動量の時間２乗平均値から、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間２乗平均値を計算し、
前記横断面内の筋ブロック領域について、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間２乗平均値の総和の平方根をとることにより、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算することを特徴とする筋活動量計測装置。

【請求項2】

前記筋活動量推定部が、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と前記表面電極の位置における表面筋電位が概一致したときの前記横断面内の仮想筋線維の筋活動量を、身体内の仮想筋線維の筋活動量と推定する請求項１に記載の筋活動量計測装置。

【請求項3】

前記筋活動量推定部が、前記仮想筋線維の筋活動量を調整するときに、同じ筋ブロック領域に属する仮想筋線維の筋活動量を同一にして、前記表面筋電位シミュレーション値を計算する請求項２に記載の筋活動量計測装置。

【請求項4】

前記表面電極は２個の電極が対となったバイポーラ電極であり、
前記２個の電極の間隔が異なる２以上のバイポーラ電極が、前記２個の電極の中心部を結ぶ線分の中点が概一致するよう配置された請求項１〜３のいずれか１項に記載の筋活動量計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、身体の筋活動量の計測方法に係り、表面筋電位の強度や強度分布から身体内部の筋活動量を計測する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

身体の筋活動量の計測手段として、筋が活動するときに発する生体電位（筋活動電位）を計測する筋電計がよく用いられている。筋電計の主な種類には、筋に電極針を挿入して計測する針筋電計や、筋の直上の皮膚に表面電極を貼り付けて計測する表面筋電計があるが、医療診断などの特殊な分野を除けば、非侵襲で痛みがなく簡易な表面筋電計による計測が望ましい。

【0003】

筋活動量は、筋線維が発する筋活動電位の総和として電気的に計測できる。この総和は筋内部の筋線維の活動頻度を表し、筋収縮力とほぼ比例する。筋活動量は、筋活動電位の時間２乗平均平方根値、いわゆる実効値により算出されるのが一般的である。表面筋電位も筋活動量にほぼ比例して増大することので、同じ計算方法で表面筋電位から筋活動量を算出することができる。

【0004】

しかし、表面筋電計には、電極周辺にある筋の筋活動電位が全て重畳して計測されてしまう問題がある。特に、前腕や下腿のような多数の筋が狭い領域に密集する部位は重畳が大きくなり、特定の筋の計測が困難である。

【0005】

そこで、発明者らは、前腕や下腿のような身体の慨円柱状部位に多数の表面電極を環状に貼り付けて表面筋電位の分布を計測し、身体内の電気伝導シミュレーションモデルを用いて内部の筋活動量を計算する、特開平２０１１−３０９９１号に記載の発明をした。この発明により、従来は困難だった表面筋電計による多数筋密集領域における個別筋活動計測を実現した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平２０１１−３０９９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この特許文献１に記載の発明による電気伝導シミュレーションモデルでは、一つの筋は、その領域内の筋線維が均一に活動すると仮定していた。ＭＲＩ等で計測部位を事前に撮影し、個々の筋の領域を特定し、筋線維の活動をこの仮定に基づいて計算していた。

【0008】

しかし、筋の解剖生理学においては、一本の筋が異なる神経に支配されている場合があることがわかっている。たとえば、深指屈筋は、正中神経と尺骨神経の、２つの異なる神経に支配されている。この場合、同じ筋の領域内において必ずしも均一に筋が活動するとは限らない。つまり、この発明の手法では、筋領域を事前に特定したとしても、モデルによるシミュレーションと実際の筋活動量の分布は異なっている場合があるという問題があった。

【0009】

また、深層筋の筋活動量の計算がしばしば発散するという問題もあった。これは、深層筋の筋活動電位の伝導がきわめて微弱であることに起因している。この発散は、深層筋と表層筋の表面筋電位伝導量に極端な差があることが原因である。減衰が大きく微弱な深層筋の表面筋電位と、減衰が小さく強大な表層筋の表面筋電位の比が極端に異なるために、深層筋の計算が微小な計測ノイズにきわめて敏感になっていた。

【0010】

そこで本発明では、これらの問題を解決するため、個々の筋の領域を特定せず、身体内部を細かな筋ブロック領域に分割することで筋活動量の分布を計測する筋活動量計測装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の発明は、
身体の概円柱状部位の周囲に環状に配列した表面電極と、
前記表面電極における表面筋電位を計測する表面筋電位計測部と、を有する筋活動量計測装置であって、
前記身体の概円柱状部位の前記表面電極を環状に配列した位置の横断面の筋の筋活動量から、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算する表面筋電位シミュレーション部と、
前記表面筋電位シミュレーション部で計算された前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と、前記表面筋電位計測部で計測された前記表面電極の位置における表面筋電位とを概一致させるように前記横断面の筋活動量を調整し、概一致したときの筋活動量を身体内の筋活動量と推定する筋活動量推定部と、
を具備し、
前記表面筋電位シミュレーション部は、
（ア）身体の概円柱状部位の円断面を有限要素分割により５ｍｍ以下に細かく分割した筋ブロック領域と、
（イ）前記筋ブロック領域を構成する、前記筋ブロック領域の幅の１／２以下に細かく分割した仮想筋線維と、
を想定し、
（ウ）前記筋ブロック領域の大きさを、横断面の外周付近は細かく、概中心に向かうに従い大きくして、
前記仮想筋線維の筋活動量の時間２乗平均値から、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間２乗平均値を計算し、
前記横断面内の筋ブロック領域について、前記仮想筋線維の筋活動による表面筋電位の時間２乗平均値の総和の平方根をとることにより、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値を計算することを特徴とする筋活動量計測装置である。

【0012】

本発明の第２の発明は、
前記筋活動量推定部が、前記表面電極の位置における表面筋電位シミュレーション値と前記表面電極の位置における表面筋電位が概一致したときの前記横断面内の仮想筋線維の筋活動量を、身体内の仮想筋線維の筋活動量と推定する第１の発明の筋活動量計測装置である。

【0013】

本発明の第３の発明は、前記筋活動量推定部が、前記仮想筋線維の筋活動量を調整するときに、同じ筋ブロック領域に属する仮想筋線維の筋活動量を同一にして、前記表面筋電位シミュレーション値を計算する第２の発明の筋活動量計算装置である。

【0015】

本発明の第４の発明は、前記表面電極は２個の電極が対となったバイポーラ電極であり、
前記２個の電極の間隔が異なる２以上のバイポーラ電極が、前記２個の電極の中心部を結ぶ線分の中点が概一致するよう配置された本発明の第１〜３のいずれかの筋活動量計測装置である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、筋からの筋電位が複雑に重畳した表面筋電位から、個々の筋の領域を特定せず、身体内部を細かな筋ブロック領域に分割した身体内の電気伝導シミュレーションモデルにより、身体内部の筋活動量の分布を求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】前腕の横断面２５上の表面筋電位の分布をバイポーラ電極で計測している模式図である。

【図2】横断面２５における前腕の断面図である。

【図3】前腕の電気伝導モデルの構築方法を示す模式図である。

【図4】人の表面筋電位から前記シミュレーションモデルを用いて筋活動量を計算する方法のフローチャートである。

【図5】狭い電極のみを使った場合の筋活動量計測結果である。

【図6】前腕の横断面２５上に、狭い間隔のバイポーラ電極と広い間隔のバイポーラ電極を配置し、前腕の横断面２５上の表面筋電位の分布を計測している模式図である。

【図7】従来のＭＲＩ撮影による筋領域の筋活動量計測結果である。

【図8】狭い間隔と広い間隔の２種類の電極を使った場合の筋活動量計測結果である。

【図9】筋活動量計測装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、実施例で本発明の実施形態を示す。

【実施例1】

【0019】

図１に本発明の筋活動量計測装置の一例を示す。
図１のように前腕の中心線２６を概法線とする前腕の横断面２５上の皮膚表面には、バイポーラ電極２２が環状に配置されているものとする。バイポーラ電極とは、２つの単電極を一対としてその差動電圧を計測する電極であり、図１のバイポーラ電極２２は、中心線２６と概平行に並ぶ単電極が対をなしてバイポーラ電極となっている。バイポーラ電極は、前腕の周方向について概等間隔にｎ列配列されているものとする。筋活動量の計算精度を向上するには電極の配列数は多いほどよいが、計算精度を確保するには１８ないし２０以上が望ましい。このバイポーラ電極に、それぞれ便宜上の番号ｉ＝１…ｎを振る。

【0020】

バイポーラ電極には、電極ケーブル２３を介して表面筋電計測部２４が接続されており、これらにより横断面２５上の表面筋電位が計測されている。

【0021】

次に、身体内の電気伝導シミュレーションモデルの構築方法について説明する。被計測者の横断面２５における前腕の周径を測定し、同一径の円断面を構成する。この時、前腕表面の外形線１７から、キャリパなどで計測された皮膚脂肪厚さだけ内側に筋ブロック領域の外形線１３−１を構成する。ここでは円断面の例を示しているが、前腕形状を模するのであれば、楕円断面や断層撮影による正確な横断面形状を用いてもよい。

【0022】

次に、筋ブロック領域の外形線１３−１内を、表面から深層に向かうに従い徐々に大きくなるよう、細かく分割し、筋ブロック領域１３を構成する。このとき、分割の大きさは概ね５ｍｍ以下とするのが望ましい。ただし、分割が細かすぎると計算速度の低下を招くことから、概ね１ｍｍ〜５ｍｍの間とするのが望ましい。分割は、表層を概ね１ｍｍ程度、中心付近は５ｍｍ程度として大きさを表層から中心へと徐変すれば、さらに望ましい。電極−筋ブロック領域間距離は、表層では近く深層は遠い。この距離が遠いほど筋電位伝導量が急激に小さくなる。表層と深層で同じ大きさの筋ブロック領域を構成すると、表面電位への深層筋ブロック領域筋活動の寄与率が極端に小さくなり、筋活動量の計算が発散しやすくなる。そこで、深層の筋ブロック領域を大きくしてすることで表面電位への寄与率を増加し、筋活動量計算を容易にしている。筋ブロック領域の最大サイズを５ｍｍ程度としたのは、前腕内の最も小さな筋の幅にこのブロックが収まるようにするためである。
この筋ブロック領域は、例えば以下に示すＶｏｒｏｎｏｉ図により作成することができる。まず、表層の周上に等間隔、例えば１ｍｍの間隔で均等に母点を配置する。次に、中心方向に向かって徐々に点間隔が広がりかつ均等に散在するように母点を配置する。この後、Ｖｏｒｏｎｏｉ図のアルゴリズムに従い、隣接する母点間を等分する垂直２等分線を作成し母点を中心とした領域に分割する、すなわち、平面内の領域が最寄りの母点に属するように分割する。
図２に、筋ブロック領域のＶｏｒｏｎｏｉ図の一例を示す。筋ブロック領域の分割は、表面は１ｍｍ、中心付近は４ｍｍに、総計８０５個の筋ブロック領域に分割したものである。

【0023】

さらに、筋ブロック領域の外形線１３−１内を、さらに細かいサイズの仮想筋線維１４に分割する。
ここで、仮想筋線維としたのは、各筋ブロック領域はこの仮想筋線維が集合して形成していると仮定したからである。このとき、各筋ブロック領域内における仮想筋線維の活動量は等しいと仮定することができる。この分割の大きさは、実際の筋線維の直径である２０μｍ〜２ｍｍであり、筋ブロック領域の最小サイズに依存する。概ね、筋ブロック領域のサイズの１／２以下にするのが望ましい。ただし、分割が細かすぎると計算速度の低下を招くことから、概ね１／２〜１／１０程度に分割するのが望ましい。例えば、筋ブロック領域の最小サイズが１ｍｍのときは、仮想筋線維の分割は概ね０．１ｍｍから０．５ｍｍの間が望ましい。
仮想筋線維の大きさが大きいと、筋ブロック領域の形状を正しく表すことができず、好ましくない。また、小さいと、計算に必要なメモリや時間が膨大となり好ましくない。
図３は、外形線１３−１内を筋ブロック領域１３と仮想筋線維１４に分割した状態を模式的に示したものである。

【0024】

次に、断面内の筋ブロック領域１３と仮想筋線維１４にそれぞれ番号を振る。仮に筋ブロック領域１５の筋番号をｊとし、その中にある仮想筋線維１４の番号をｋとして、筋ｊ内の仮想筋線維ｋの位置ベクトルをｘ_Ｍｊｋとして表す。モデルの表面には、実際の前腕に配置したバイポーラ電極２２の位置と同じ位置に仮想バイポーラ電極１１があるものとし、身体に配置したバイポーラ電極と同じ番号を振る。仮に電極１２の番号をｉとして、その位置ベクトルをｘ_Ｅｉとする。表面電極−仮想筋線維間距離１６をＬ_ｉｊｋとすると、Ｌ_ｉｊｋはｘ_Ｍｊｋとｘ_Ｅｉとベクトルのノルム記号｜｜．．．｜｜を用いて、数１のように表せる。このとき、表面電極−仮想筋線維間距離は、バイポーラ電極を構成するそれぞれの単電極の中心を結ぶ線分の中点から仮想筋線維の中心までの距離を指すものとする。以下、バイポーラ電極の位置を示したときは、前記の単電極の中心を結ぶ線分の中点を指すものとする。

【0025】

【数1】

【0026】

ここで、概円柱形状の身体部位において、部位内の筋線維の方向が中心軸方向に概ね揃っているとき、筋ブロックｊ内の仮想筋線維ｋが筋活動量の時間２乗平均値（以下、ＭＳ値とする）ｍ_ｊｋ^２で活動したときに表面電極ｉ上に発生する表面筋電位の時間２乗平均値Ｖ_ｉｊｋ^２は、表面−仮想筋線維距離Ｌ_ｉｊｋに対して累乗的に減衰するものとする。Ｖ_ｉｊｋ^２とｍ_ｊｋ^２の関係は、数１とｍ_ｊｋとＬ_ｉｊｋおよびにＬ_ｉｊｋ対する減衰乗数ｂ，単位表面−仮想筋線維間距離Ｌ_０＝１ｍｍのときの単位筋活動量ＲＭＳ値ｍ_ｊｋ＝１における表面筋電位２乗平均平方根値（以下、ＲＭＳ値とする）である係数Ｖ_０を用いた伝達関数として次のように表される。なお、ｂ、Ｖ_０はバイポーラ電極を構成する各電極の間隔によって決まる定数であり、ＲＭＳ値はＭＳ値の平方根である。

【0027】

【数2】

【0028】

ここで、同一筋ブロック領域にある仮想筋線維は全て同じ筋活動量をとると仮定し筋ｊ内の仮想筋線維は全て同じＲＭＳ値ｍ_ｊをとるとすると、電極ｉにおける筋ｊの表面筋電位ＭＳ値Ｖ_ｉｊ^２は、Ｖ_ｉｊｋ^２の総和として数２より次のように計算できる。

【0029】

【数3】

【0030】

数３のＬ_Ｓｉｊを、筋ｊの電極ｉに対する総和伝達係数と呼ぶ。さらに，電極ｉの表面筋電位ＭＳ値Ｖ_ｉ^２は全ての筋のＭＳ値の総和となるため，数３より次式で表される。

【0031】

【数4】

【0032】

数４が、本発明の電気伝導シミュレーションモデルによる表面筋電位のシミュレーション計算式となる。これにより、各筋がそれぞれの筋活動量で活動したときの表面筋電位をモデル上で計算できる。

【0033】

次に、人の表面筋電位と前記電気伝導シミュレーションモデルを用いて筋活動量を計算する方法を説明する。モデル上の仮想電極ｉに対応する被計測者の前腕上の表面電極ｉにより測定された表面筋電位ＭＳ値をＶ_Ｍｉ^２とする。

【0034】

以下、図４のフローチャートに沿って計算方法を説明する。計算の最初に、Ｓ２１に示すように数４のモデル式における各筋の筋活動量ｍ_ｊの初期値をあらかじめ適当に決めておく。ｍ_ｊの初期値は、計算が発散しないよう０と理論上の最大値の間となるように考えて設定され、例えば最大値の１０％程度となるようにしている。

【0035】

次に、Ｓ２２に示すように数４のシミュレーション計算式によりシミュレーション表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_ｉを計算する。

【0036】

ここから、人の前腕で測定した表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_Ｍｉとシミュレーション表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_ｉとの差ｅ_ｉを、次のように計算する。

【0037】

【数5】

【0038】

数５のｅ_ｉから，Ｓ２３に示すように差の評価関数ｆをＲＭＳ値の差の２乗和として次のように計算する．

【0039】

【数6】

【0040】

評価関数ｆを計算し、Ｓ２４に示すように、このｆが概最小となったかを判定する。ｆが概最小でない場合はＳ２５に示すように筋活動量ｍ_ｊの値を適宜変更してＳ２２に戻りシミュレーション表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_ｉを再計算することを繰り返す。ｆが概最小となったときは、人の前腕で測定した表面筋電位ＲＭＳ値の分布とシミュレーション表面筋電位が概一致したとみなし、Ｓ２６に示すように、モデルの筋活動量ＭＳ値ｍ_ｊを人の前腕の筋活動量ＭＳ値とする。

【0041】

次に、本発明の筋活動量計測装置を用いて、図１のように前腕の横断面２５上に電極間隔を１０ｍｍとしてバイポーラ電極（２０列）を設置し筋活動量を測定した。ここで、筋ブロック領域は図２に示すようにＶｏｒｏｎｏｉ図を作成し、筋ブロック領域の分割は、表面は１ｍｍ、中心付近は４ｍｍに、総計８０５個の筋ブロック領域に分割した。また、仮想筋線維の大きさは、０．２ｍｍとした。
実験では、中指の近位指節関節へ屈曲負荷を与えた。前腕と手掌、中指基節をバンドで固定し、中指中節に紐をかけ手掌と反対の方向に一定荷重で引いた。このとき、被験者には荷重に対抗し、一定の姿勢で手指を静止するよう指示した。
結果を図５に示す。図中、筋活動量の大きさは黒白の濃淡で示され、白いほど活動量が大きい。この結果は、浅指屈筋と総指伸筋の領域の活性量が高いことを示すものであり、本発明の筋活動量計測装置で筋活動量を計測できることがわかる。

【実施例2】

【0042】

実施例１において、電極間隔が１種類のバイポーラ電極を用いた筋活動量計算方法を示したが、電極間隔が異なる種類のバイポーラ電極を前腕の中心軸方向に複数配置すれば、実施例１より詳細な筋活動量計測ができる。

【0043】

本実施例では、図６に示すように、前腕２１の横断面２５上に狭い間隔のバイポーラ電極２２ａと、広い間隔のバイポーラ電極２２ｂを配置し、それぞれのバイポーラ電極から得られる表面筋電位を表面筋電位計測部２４で計測する。

【0044】

このとき、減衰乗数ｂと係数Ｖ_０はバイポーラ電極の電極間隔によって決まる定数であり、バイポーラ電極の電極間隔が広くなるほど減衰が緩やかになることがわかっている。このとき、狭い電極間隔のバイポーラ電極における減衰乗数と係数をｂ_ＮとＶ_０Ｎ、広い電極間隔のバイポーラ電極における減衰乗数と係数をｂ_ＷとＶ_０Ｗとおく。

【0045】

シミュレーションモデル上の仮想電極を前腕２１上のバイポーラ電極と同じ配置としたとき、仮想筋線維の筋活動量と表面筋電位との関係は、数２〜数４のｂとＶ_０および総和伝達係数Ｌ_Ｓｉｊを、狭い電極間隔のバイポーラ電極においてはｂ_ＮとＶ_０ＮとＬ_ＮＳｉｊ、広い電極間隔のバイポーラ電極においてはｂ_ＷとＶ_０ＷとＬ_ＷＳｉｊに置き換えて計算できる。数２〜数４に対応する狭い電極間隔のバイポーラ電極における表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_Ｎｉｊｋ、Ｖ_Ｎｉｊ、Ｖ_Ｎｉと、広い電極間隔のバイポーラ電極における表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_Ｗｉｊｋ、Ｖ_Ｗｉｊ、Ｖ_Ｗｉは次式で表される。

【0046】

【数7】

【数8】

【数9】

【数10】

【数11】

【数12】

【0047】

数９と数１２が、狭い間隔のバイポーラ電極と、広い間隔のバイポーラ電極を配置したときの電気伝導シミュレーションモデルによる表面筋電位のシミュレーション計算式となる。

【0048】

本実施例における人の前腕で測定した狭い間隔のバイポーラ電極表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_ＭＮｉとＶ_Ｎｉとの差、および広い間隔のバイポーラ電極表面筋電位ＲＭＳ値Ｖ_ＭＷｉとＶ_Ｗｉとの差ｅ_ｉは次のように定義される。

【0049】

【数13】

【数14】

【0050】

以下は、実施例１における筋活動量を計算する方法と同一の方法により、人の前腕の筋活動量ＭＳ値を計算する。

【0051】

次に、本発明の筋活動量計測装置を用いて、図６のように前腕の横断面２５上に、電極間隔を狭い間隔（１５ｍｍ）と、広い間隔（４５ｍｍ）でバイポーラ電極（それぞれ、２０列）を設置し筋活動量を測定した。ここで、筋ブロック領域は図２に示すようにＶｏｒｏｎｏｉ図を作成し、筋ブロック領域の分割は、表面は１ｍｍ、中心付近は４ｍｍに、総計８０５個の筋ブロック領域に分割した。また、仮想筋線維の大きさは、０．２ｍｍとした。
実験は、実施例１に記載したのと同じ方法で中指の近位指節関節へ屈曲付加を与えた。
結果を図７に示す。図中、筋活動量の大きさは黒白の濃淡で示され、白いほど活動量が大きい。この結果は、浅指屈筋と総指伸筋の領域の活性量が高いことを示すものであり、本発明の筋活動量計測装置で筋活動量を計測できることが分かる。
この計算結果（図７）を、実施例１の電極間隔を狭い間隔（１５ｍｍ）のみとした場合（図５）と比較すると、図５は表層に筋活動が集中し、内部の筋活動を低く算出している。対して、図７は、２種類の電極により、電極近傍と遠方のそれぞれの筋活動を的確に算出できることを示していることがわかる。
したがって、本実施例のように複数の電極間隔のバイポーラ電極を同時に用いると、狭い電極間隔のバイポーラ電極では減衰が大きいため電極近傍の筋の筋活動量を詳細に計算でき、広い電極間隔のバイポーラ電極では減衰が小さいため広範囲で深部の筋活動を計算できることで、詳細かつ広範囲な筋活動量の計測が可能となる。

【0052】

次に、本発明の筋活動量計測装置による計測を、従来の筋活動量計測装置による計測（特開平２０１１−３０９９１号）と比較した。
図８は従来方法、つまりＭＲＩ画像を基に筋領域を抽出して計測したもののであり、前腕の横断面２５上に、電極間隔を狭い間隔（１５ｍｍ）と、広い間隔（４５ｍｍ）でバイポーラ電極（それぞれ、２０列）を設置し筋活動量を測定した。実験は、実施例１に記載したのと同じ方法で中指の近位指節関節へ屈曲付加を与えたものである。
図５、７と図８とを比較すると、筋活動位置はほぼ一致しており、本発明の筋活動量計測装置の有効性を示している。すなわち、本発明の筋活動量計測装置を用いれば、ＭＲＩ画像等のデータがなくとも、筋活動量を計測できることがわかる。

【0053】

主な実施形態を実施例１，２に述べたが、本発明の実施形態はこれらにとどまらない。例えば、身体内の電気伝導シミュレーションモデルの構築において被計測者の前腕横断面２５の外形線１７と各筋の外形線１３を抽出する方法は、抽出に用いる断面画像にはＣＴやＭＲＩのような人体の断層撮影装置や３次元画像撮影装置による被計測者の前腕断面画像を用いるのが望ましい。前記のような装置により被計測者を撮影できないときは、別人の断層画像や屍体の断層画像から外形線を抽出して、被計測者の前腕寸法に合わせて外形線を拡大縮小させたものを用いてもよい。

【0054】

筋断面の外形線１３で囲まれた筋ブロック領域を仮想筋線維１４に分割する場合において、仮想筋線維１４の断面の幅と高さは、０．１ｍｍの他、筋線維の平均径である２０μｍなどが考えられるが、断面形状を仮想筋線維で十分に再現できるサイズであればいずれでもよい。前腕では、仮想筋線維の分割サイズは断面形状を十分に再現できるサイズとして０．２ｍｍ以下が望ましい。断面形状は、三角断面、四角断面、六角断面などが考えられ、いずれを用いてもよいが、四角断面のうち正方形断面の方が分割は簡易で計算も容易なため望ましい。

【0055】

実施例１、２では、身体の表面筋電位の計測においてはバイポーラ電極を配置しているが、バイポーラ電極以外にも小型電極を多数具備した電極アレイを配置してもよい。

【0056】

実施例２においては、狭い間隔と広い間隔の２種類のバイポーラ電極を前腕に配置する例を述べたが、バイポーラ電極の電極間隔をさらにふやし、３種類、４種類など他種類の電極間隔を持つバイポーラ電極を用いれば、さらに詳細な筋活動量計測を行える。

【0057】

評価関数ｆをシミュレーションＲＭＳ値と測定表面筋電位ＲＭＳ値の差の絶対値の２乗和としたが、これを絶対値の３乗和や４乗和、あるいは絶対値の和にしてもよいし、絶対値の正の実数乗の和としてもよい。あるいは、評価関数ｆをシミュレーションＭＳ値と測定表面筋電位ＭＳ値の差の絶対値の和、絶対値の２乗和、３乗和、４乗和、あるいは正の実数乗の和としてもよい。また、評価関数にここに示した以外の関数を加えてもよい。

【0058】

実施例１、２では前腕における本発明の実施例を述べたが、本発明は前腕に限らず概円柱形の部位であれば適用できる。例えば、上腕、大腿、下腿、首のような部位にも適用できる。これらの部位で本発明を実施する場合は、前記した発明を実施するための形態および実施例において、前腕と記した部分を上腕、大腿、下腿、首と読み換えて実施する。

【0059】

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、筋電位計測装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１１ シミュレーションモデル上の表面電極
１２ 番号ｉの仮想表面電極
１３−１ 筋ブロック領域の外形線
１３ 筋ブロック領域
１４ 筋ｊの中にある番号ｋの仮想筋線維
１５ 仮想筋線維に分割された筋ｊの外形線
１６ 電極−仮想筋線維間距離
１７ 前腕断面の外形線
２１ 前腕
２２ 表面電極
２２ａ 狭い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極
２２ｂ 広い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極
２３ 電極ケーブル
２３ａ 狭い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極に接続された電極ケーブル
２３ｂ 広い電極間隔のバイポーラ電極を構成する各電極に接続された電極ケーブル
２４ 表面筋電位計測部
２５ 前腕の断面線
２６ 前腕の中心線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】