特許 6233773 骨格筋の評価用センサ

(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】6233773

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】骨格筋の評価用センサ

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0488 20060101AFI20171113BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/04 330

   A61B5/00 101R

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-185739(P2013-185739)

(22)【出願日】2013年9月6日

(65)【公開番号】特開2015-51158(P2015-51158A)

(43)【公開日】2015年3月19日

【審査請求日】2016年7月27日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２５年３月６日ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ．ｏｒｇ／ｋｅｎ／ｐｒｏｇｒａｍ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｔｇｓ＿ｒｅｇｉｄ＝４ａ８ｆ４３３０２ｆ２ｃ８５７５ｆ６ｃａ１ｆ２ｄ０ｅ９６１２ｅ５０９ｂ８２０５５８２６ｂｅｂ０ｂ９ｆ２７ａ６ａａ４８ｄ６６６５２＆ｔｇｉｄ＝ＩＥＩＣＥ−ＭＢＥ＆ｌａｎｇ＝

(73)【特許権者】

【識別番号】504147243

【氏名又は名称】国立大学法人 岡山大学

(72)【発明者】

【氏名】岡 久雄

【審査官】 松本 隆彦

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５３６４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 岡久雄ら，変位筋音図の計測と小型変位ＭＭＧセンサの開発，バイオメカニズム，２０１２年，Vol.21，pp.219-230

【文献】 OKA,H et al，Development of Displacement-MMG and EMG Hybrid Transducer，生体・生理工学シンポジウム論文集，２０１２年，27th，2B1-01（14頁）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ５／０４−５／０５

Ａ６１Ｂ５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

接着部材を介して皮膚に貼付される第１の貼付片と、
この第１の貼付片から所定間隔だけ離隔させて接着部材を介して皮膚に貼付される第２の貼付片と、
前記第１の貼付片に立設した第１の脚柱と、
前記第２の貼付片に立設した第２の脚柱と、
前記第１の脚柱と前記第２の脚柱との間に架設した支持基板と
でブリッジ状に構成した基体と、
前記支持基板に装着して、同支持基板と皮膚との間の距離変動を検出するフォトリフレクタと
を具備する骨格筋の評価用センサであって、
前記第２の貼付片に筋電図の計測用電極を取り付けて、前記第２の貼付片の皮膚への装着にともなって前記筋電図の計測用電極を前記皮膚に接触可能とし、
前記支持基板には、この支持基板の下面側を前記第１の脚柱と前記第２の脚柱とで取り囲む第１のスカート片と第２のスカート片とを設けて、前記フォトリフレクタへの余計な光の入り込みを抑制するとともに、前記支持基板の構造的な強度を向上させている骨格筋の評価用センサ。

【請求項2】

前記フォトリフレクタ及び／または前記筋電図の計測用電極での計測データを無線でデータ送信するデータ送信手段を具備する請求項１に記載の骨格筋の評価用センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、骨格筋の評価用センサに関するものであり、筋電信号と変位筋音信号の同時計測によって骨格筋の能力評価を可能とするセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

臨床医学や福祉分野、スポーツ科学などで、従来行われている骨格筋収縮機能の評価としては、以下の方法が用いられることが多い。
（１）随意収縮や誘発による表面筋電図、針電極を使った針筋電図の測定。
（２）握力計やエアロバイク，サイベックなどによる（最大）筋力の測定。
（３）ＭＲＩなどの画像を用いた形態的な検査による筋断面積や速筋や遅筋の割合の測定。
（４）バイオプシーによる生化学的な筋生理学的検査。

【0003】

また、最近では、研究論文において筋音図の測定による骨格筋の評価を行うことも提案されている。筋音図とは、筋繊維の収縮にともなって筋肉に生じる微小な振動である。すなわち、筋繊維は、収縮すると長軸方向に短縮すると同時に、長軸方向と直交する方向に膨大することで一種の圧力波を発生させていることが知られており、この圧力波が体表面に伝搬して、筋音図として計測可能となっている。

【0004】

この筋電図の計測には、ピエゾ接触型センサ、コンデンサマイクロホン、工業用加速度センサ、レーザー変位計などを用いることが論文では提案されており、特に、加速度センサを用いた株式会社メディセンス社の筋音計が市販されている。

【0005】

また、筋音図測定と筋電図測定を同時に行えるように、筋音図測定用機構部と筋電図測定用機構部を一体化させたセンサも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このセンサは、電図測定用機構部を構成するフィルム状の導体製電極と、筋音図測定用機構部を構成するフィルム状とした圧電型センサとを、フィルム状の絶縁体を介して積層させており、同一の測定位置における筋音図測定と筋電図測定を行えるようにしているものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２５３３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、筋音図を測定可能な既存の筋音計は、筋肉の微小振動を計測しているため、不随意な動きが生じているような状態、すなわち運動中の状態で筋音図を計測しようとした場合、運動の影響を受けることにより測定しようとしている筋音図の検出が困難となるアーチファクトの問題を有していることが知られていた。

【0008】

そのため、通常、筋音計による筋音図の測定を行う場合には、測定部位の全体をあらかじめ固定しておき、不随意な動きが生じない状態としておかないと、筋音図を精度よく測定できないということが常識となっていた。

【0009】

本発明者は、このような現状に鑑み、運動中であっても筋音図を測定可能とすべく研究開発を行う中で、本発明を成すに至ったものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の骨格筋の評価用センサは、接着部材を介して皮膚に貼付される第１の貼付片と、この第１の貼付片から所定間隔だけ離隔させて接着部材を介して皮膚に貼付される第２の貼付片と、第１の貼付片に立設した第１の脚柱と、第２の貼付片に立設した第２の脚柱と、第１の脚柱と第２の脚柱との間に架設した支持基板とでブリッジ状に構成した基体と、支持基板に装着して、同支持基板と皮膚との間の距離変動を検出するフォトリフレクタとを具備する骨格筋の評価用センサであって、第２の貼付片に筋電図の計測用電極を取り付けて、第２の貼付片の皮膚への装着にともなって筋電図の計測用電極を皮膚に接触可能としているものであり、特に、支持基板には、この支持基板の下面側を第１の脚柱と第２の脚柱とで取り囲む第１のスカート片と第２のスカート片とを設けて、フォトリフレクタへの余計な光の入り込みを抑制するとともに、支持基板の構造的な強度を向上させているものである。

【0011】

さらに、本発明の骨格筋の評価用センサは、フォトリフレクタ及び／または筋電図の計測用電極での計測データを無線でデータ送信するデータ送信手段を具備していることにも特徴を有するものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、アーチファクトの影響を受けにくい骨格筋の評価用センサとすることができ、運動中の筋音図の測定を行うことができる。特に、筋電図を同時計測できるので、筋機能評価の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施例の骨格筋の評価用センサの斜視図である。

【図2】本実施例の骨格筋の評価用センサの斜視図である。

【図3】本実施例に用いたフォトリフレクタの距離−出力特性曲線のグラフである。

【図4】外乱振動に対する骨格筋の評価用センサの周波数特性のグラフである。

【図5】スクワット動作の説明図である。

【図6】膝関節屈曲角度が約75度の場合におけるMMGとEMGの同時計測した結果である。

【図7】膝関節屈曲角度が約100度の場合におけるMMGとEMGの同時計測した結果である。

【図8】エルゴメータ運動の説明図である。

【図9】60rpm−30Wで他動的にクランクを回転させた場合におけるMMGとEMGの同時計測した結果である。

【図10】60rpm−30Wで動作した場合におけるMMGとEMGの同時計測した結果である。

【図11】60rpm−80Wで動作した場合におけるMMGとEMGの同時計測した結果である。

【図12】90rpm−30Wで動作した場合におけるMMGとEMGの同時計測した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の骨格筋の評価用センサは、筋電図の計測と筋音図の計測とを同時に行える評価用センサであって、特に筋音図の計測においてアーチファクトの影響を受けにくい評価用センサである。

【0015】

すなわち、本発明の骨格筋の評価用センサは、その基体を、接着部材を介して皮膚に貼付される第１の貼付片と、この第１の貼付片から所定間隔だけ離隔させて接着部材を介して皮膚に貼付される第２の貼付片と、第１の貼付片に立設した第１の脚柱と、第２の貼付片に立設した第２の脚柱と、第１の脚柱と第２の脚柱との間に架設した支持基板とでブリッジ状に構成している。

【0016】

そして、支持基板と皮膚との間の距離変動を検出するフォトリフレクタを支持基板に装着して、筋音図の測定手段としている。

【0017】

さらに、第２の貼付片には筋電図の計測用電極を装着して、筋電図の測定手段としている。なお、筋電図の計測用電極は双極誘導方式とし、別途のリファレンス電極を皮膚に装着することとしている。

【0018】

このように、ブリッジ状に構成した基体の支持基板にフォトリフレクタを装着して、支持基板と皮膚との間の距離変動を検出することにより筋音図を計測することにより、アーチファクトの影響を受けにくくすることができ、運動状態であっても筋音図を正確に計測することができる。

【0019】

また、第２の貼付片には筋電図の計測用電極を装着して、第２の貼付片の皮膚への装着にともなって筋電図の計測用電極を装着可能としていることにより、筋音図と筋電図とを同時計測可能とすることができ、筋機能評価の精度を向上させることができる。

【0020】

本発明の骨格筋の評価用センサを用いることで、臨床医学や福祉・介護分野、スポーツ科学などの領域で、従来行われている筋機能の評価に加えて、有力な評価手法を提供することができる。すなわち、従来と同様な安静時のみならず、動作中においても随意収縮時の筋音図、あるいは電気刺激による誘発筋音図の測定、また筋電図の同時計測が可能となり、さらに筋音図波形の振幅やスペクトルに着目した従来の解析に加え、単収縮波形や強縮特性に着目した解析も可能となる。

【実施例】

【0021】

以下において具体的な実施例を説明する。なお、本発明は実施例の形態に限定されるものでないことは言うまでもない。

【0022】

本実施例の骨格筋の評価用センサは、図１に示すように、ブリッジ状に構成した基体10と、この基体10に装着した筋音図の測定手段のフォトリフレクタ20と、基体10に装着した筋電図の測定手段の電極30とを具備している。

【0023】

基体10は、接着部材を介して皮膚に貼付される第１の貼付片11と、この第１の貼付片11から所定間隔だけ離隔させて接着部材を介して皮膚に貼付される第２の貼付片12と、第１の貼付片に立設した第１の脚柱13と、第２の貼付片に立設した第２の脚柱14と、第１の脚柱13と第２の脚柱14との間に架設した支持基板15とでブリッジ状に構成している。

【0024】

第１の貼付片11と、第２の貼付片12と、第１の脚柱13と、第２の脚柱14と、支持基板15は、それぞれ塩ビ板で構成しており、所定形状とした塩ビ板に折り曲げ加工を行って第１の貼付片11、第２の貼付片12、第１の脚柱13、第２の脚柱14、支持基板15としている。ちなみに、本実施例では、第１の貼付片11と第２の貼付片12の大きさは15mm×7mm、第１の脚柱13と第２の脚柱14の大きさは15mm×6mm、支持基板15の大きさは15mm×30mmとしている。

【0025】

さらに、本実施例では、図１及び図２に示すように、長方形状となっている支持基板15の長辺には、第１のスカート片16と第２のスカート片17を設けて、支持基板15の下面側を第１の脚柱13と、第１のスカート片16と、第２の脚柱14と、第２のスカート片17で取り囲んでいる。

【0026】

第１のスカート片16と第２のスカート片17を設けることで、支持基板15の構造的な強度を向上させることができるとともに、後述するように支持基板15に装着したフォトリフレクタ20に余計な光が入り込むことを抑制して、計測精度を向上させることができる。第１のスカート片16と第２のスカート片17は、それぞれ第１の脚柱13と第２の脚柱14に連結することで、さらなる構造的な強度の向上を図るととともに、余計な光の入り込みを抑制してもよい。

【0027】

なお、第１のスカート片16と第２のスカート片17は、第１の脚柱13及び第２の脚柱14よりも丈を短くして、第１のスカート片16及び第２のスカート片17の下端縁が皮膚に接触することがないようにしている。すなわち、第１のスカート片16及び第２のスカート片17の下端縁が皮膚に接触すると、計測対象である筋肉の振動に影響が生じるおそれがあるためである。

【0028】

基体10の支持基板15には、図２に示すように略中央部分に開口部Ｈを設けて、支持基板15の上面にフォトリフレクタ20を接着剤で貼付している。

【0029】

フォトリフレクタ20は、市販のフォトリフレクタ（TCRT1010 ,Vishay Semiconductors）を用いている。このフォトリフレクタは、発光部は950nm、受光部はフォトトランジスタで、本来は1mmにピーク動作距離を持つON-OFFセンサであるが、図３に示すような距離−出力特性を持っており、これを３次多項式で近似して変換に用いた。フォトトランジスタの暗電流と増幅回路ノイズのため、距離分解能は約10μm、ダイナミックレンジは1〜8mmである。

【0030】

筋電図の測定手段の電極30は、φ8mmのAg-AgClであり、中心距離間を12mmとして基体10の第２の貼付片12に取り付けている。

【0031】

このようにして構成した骨格筋の評価用センサは、約2.5g程度とすることができ、被検体に装着感を与えることなく装着することができる。

【0032】

本実施例の骨格筋の評価用センサは、第１の貼付片11と第２の貼付片12にそれぞれ両面テープを装着して、この両面テープを介して皮膚への装着を行うこととしている。なお、電極30の部分は、電極ペーストを介して皮膚に接触させることとしている。

【0033】

骨格筋の評価用センサで筋音図が計測される領域には、皮膚上に白色光沢シールを貼付して、フォトリフレクタ20の光を反射させやすくしている。

【0034】

図示していないが、本実施例の骨格筋の評価用センサはケーブルを介して送信ロガーユニット（OE-WES ユニット，追坂電子機器）に接続して、この送信ロガーユニットからデータ解析を行う電子計算機に接続した受信ユニットに向けてデータ送信することとしている。なお、ケーブルには筋電図の測定手段の電極30用のプリアンプを挿入している。

【0035】

このように、骨格筋の評価用センサのフォトリフレクタ及び／または筋電図の計測用電極での計測データを無線でデータ送信するデータ送信手段を具備することによって、被験者が計測されていることに気を取られることなく、自然な運動状態での計測を可能とすることができる。

【0036】

本実施例の骨格筋の評価用センサを、両面テープを介して加振器上に貼付して、筋音図の測定の外乱振動に対する影響を確認した。図４に示すように、振動周波数をDC〜200Hzまで変化させたところ、100Hz以下では十分な周波数特性が得られることが確認できた。

【0037】

以下において、説明の便宜上、本実施例の骨格筋の評価用センサによる筋音図の測定を「MMG」、筋電図の測定を「EMG」と表記することとする。

【0038】

本実施例の骨格筋の評価用センサを用いて、図５に示すようにスクワット動作をした場合のMMGとEMGの同時計測した結果を図６と図７に示す。特に、図６は、膝関節屈曲角度が約75度の場合であり、図７は、膝関節屈曲角度が約100度の場合である。膝関節屈曲角度は、伸展状態を0度としている。

【0039】

膝関節が屈曲を始めると大腿直筋EMGが増加し始め、最大屈曲でEMGも最大値となるが、大腿直筋の変位MMGはやや遅れて増加（筋は膨らむ）しはじめ、膝関節の伸展が始まるとEMGと共にMMGは減少し、立位姿勢に戻る直前にもう一度MMGは増加、減少する。これに呼応してEMGもわずかに増加、減少する。この傾向は深いスクワットでも同様である。しかし、膝関節屈曲角度が大きくなる深いスクワットでは、EMGの振幅が約２倍になり、それに呼応してMMGの振幅も２倍弱になっている。

【0040】

このように、本実施例の骨格筋の評価用センサで筋機能評価が行えるデータを得られることが確認できた。

【0041】

他の使用例として、本実施例の骨格筋の評価用センサを用いて、図８に示すようにエルゴメータ運動をした場合のMMGとEMGの同時計測した結果を図９〜１２に示す。特に、図９は60rpm−30Wで他動的にクランクを回転させた場合であり、図１０は遅くて軽いペダル動作（60rpm−30W）を行った場合であり、図１１は遅くて重いペダル動作（60rpm−80W）を行った場合であり、図１２は早くて軽いペダル動作（90rpm−30W）を行った場合である。

【0042】

図９に示すように、他動的な運動の場合には、MMGは膝関節屈曲角度に同期した波形が得られているが、EMGはほとんど見られない。すなわち、MMGは筋断面の形状変化を測定していることから、腓腹筋が他動的に伸縮を繰り返しているだけであることがわかる。

【0043】

また、膝関節屈曲相では、腓腹筋EMGがあまり発火せず、膝関節が伸展し始めるとEMGが増加し始め、膝関節の屈曲相になると減少することがわかる。負荷を大きくした場合でも、サイクル数を上昇させた場合でも同様であった。MMGは膝関節最大屈曲で最大値を示すものの、膝関節が滑らかに伸展しているにもかかわらず、もう一度MMGが増加、減少する箇所がみられる。これは負荷やサイクル数を変化させるとさらに顕著になった。

【0044】

このように、異なる運動であっても、本実施例の骨格筋の評価用センサで筋機能評価が行えるデータを得られることが確認できた。

【0045】

以上のように、本発明の骨格筋の評価用センサによれば、運動中であっても筋音図と筋電図とを同時計測でき、高度な筋機能評価を行うことができる。

【符号の説明】

【0046】

10 基体
11 第１の貼付片
12 第２の貼付片
13 第１の脚柱
14 第２の脚柱
15 支持基板
Ｈ 開口部
16 第１のスカート片
17 第２のスカート片
20 フォトリフレクタ
30 電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】