特開 2022-170529 筋電位測定装置及び筋電位測定用カード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022170529

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】筋電位測定装置及び筋電位測定用カード

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/273 20210101AFI20221102BHJP

   A61B 5/296 20210101ALI20221102BHJP

【ＦＩ】

A61B5/273

A61B5/296

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021076722

(22)【出願日】2021-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】兼田 悠

【テーマコード（参考）】

4C127

【Ｆターム（参考）】

4C127AA04

4C127CC01

4C127LL08

4C127LL15

4C127LL19

(57)【要約】

【課題】筋電位の測定感度を十分に向上させること。
【解決手段】筋電位測定装置は、パッドが形成された複数の配線を有する測定用カードと、前記複数の配線のうち一部の配線のパッドにそれぞれ接続される複数の電極と、前記測定用カードと脱着可能に接続され、前記複数の電極の一端が接触する測定対象において発生する電位を測定する処理回路とを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パッドが形成された複数の配線を有する測定用カードと、
前記複数の配線のうち一部の配線のパッドにそれぞれ接続される複数の電極と、
前記測定用カードと脱着可能に接続され、前記複数の電極の一端が接触する測定対象において発生する電位を測定する処理回路と
を有することを特徴とする筋電位測定装置。

【請求項2】

前記測定用カードは、
前記複数の配線を有するカード基板と、
前記カード基板に積層され、前記複数の配線を被覆する絶縁シートと
を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。

【請求項3】

前記絶縁シートは、
前記パッドに対応する位置に開口が形成される
ことを特徴とする請求項２記載の筋電位測定装置。

【請求項4】

前記電極は、
前記絶縁シートの開口を介して前記パッドに接続される
ことを特徴とする請求項３記載の筋電位測定装置。

【請求項5】

前記絶縁シートに形成される開口のうち、前記一部の配線のパッド以外のパッドに対応する位置の開口を被覆する絶縁フィルム
をさらに有することを特徴とする請求項３記載の筋電位測定装置。

【請求項6】

前記電極は、
前記一部の配線のパッドに塗布された導電性接着剤によって当該パッドに接続される
ことを特徴とする請求項１記載の筋電位測定装置。

【請求項7】

前記複数の配線それぞれと脱着可能に接続する端子を有し、前記測定用カードと前記処理回路とを接続するコネクタ
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。

【請求項8】

パッドが形成された複数の配線を有するカード基板と、
前記カード基板に積層され、前記複数の配線を被覆するとともに、前記パッドに対応する位置に電極を挿入可能な開口が形成される絶縁シートと、
前記開口を被覆し、剥離可能な絶縁フィルムと
を有することを特徴とする筋電位測定用カード。

【請求項9】

前記絶縁シートの開口内において前記パッドに塗布される半硬化状態の導電性接着剤をさらに有し、
前記絶縁フィルムは、
前記導電性接着剤を被覆する
ことを特徴とする請求項８記載の筋電位測定用カード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、筋電位測定装置及び筋電位測定用カードに関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

筋電位測定装置の電極には、装置表面に固定された乾式の電極と、例えばケーブルによって装置に接続された湿式の電極とがある。これらの電極が互いに適切な距離だけ離れて皮膚に接触することにより、感度良く筋電位を測定することができる。

【0004】

乾式の電極を用いる装置としては、例えば人体に装着可能な装着バンドに複数の電極を配置し、測定対象の筋肉付近に装着バンドを装着することによって筋電位を測定するものなどが考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１３１６８９号公報

【特許文献2】特開２０１８－１１４０９３号公報

【特許文献3】特開２０１５－２２１１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した筋電位測定装置では、測定対象の筋肉の筋電位を十分に感度良く測定することが困難であるという問題がある。具体的には、測定の感度を良好にする電極間距離は、測定対象の筋肉の種類によって異なるとともに、個人差もある。このため、例えば配置が固定されている乾式の電極を用いる筋電位測定装置では、電極間距離が最適に設定されているとは限らず、測定感度の向上には限界がある。また、例えば各電極が独立した湿式の電極を用いる筋電位測定装置では、電極間距離を変化させることが可能であるものの、測定の度に電極間距離を調整する必要が生じ、効率的な筋電位測定が阻害される。

【0007】

さらに、装着バンドに電極が配置される形式の筋電位測定装置では、通常、装着バンドが伸縮可能であるため、適切な電極間距離を保つことが困難であるとともに、測定中にも電極間距離が変動してしまう恐れがある。このように、筋電位測定装置の電極間距離を適切な状態にするのは困難であり、結果として、筋電位の測定感度を十分に向上させることが困難となっている。

【0008】

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、筋電位の測定感度を十分に向上させることができる筋電位測定装置及び筋電位測定用カードを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願が開示する筋電位測定装置は、１つの態様において、パッドが形成された複数の配線を有する測定用カードと、前記複数の配線のうち一部の配線のパッドにそれぞれ接続される複数の電極と、前記測定用カードと脱着可能に接続され、前記複数の電極の一端が接触する測定対象において発生する電位を測定する処理回路とを有する。

【発明の効果】

【0010】

本願が開示する筋電位測定装置及び筋電位測定用カードの１つの態様によれば、筋電位の測定感度を十分に向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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】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斜視図である。

【図3】図３は、一実施の形態に係る筋電位測定装置の構成を示す他の斜視図である。

【図4】図４は、カード基板の構成を示す斜視図である。

【図5】図５は、測定用カードの構成を示す斜視図である。

【図6】図６は、電極の形状を示す図である。

【図7】図７は、電極の取り付けを説明する図である。

【図8】図８は、電極配置の具体例を示す図である。

【図9】図９は、カード基板の変形例を示す図である。

【図10】図１０は、電極配置の具体例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本願が開示する筋電位測定装置及び筋電位測定用カード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。

【0013】

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。図１に示す筋電位測定装置１００は、筐体１１０、測定用カード１２０及び電極１３０を有する。

【0014】

筐体１１０は、測定用カード１２０に接続するコネクタ及び処理回路を収容するケース部材である。筐体１１０の一面には、測定用カード１２０を挿抜可能な挿入口１１０ａが形成されており、筋電位測定装置１００は、挿入口１１０ａに測定用カード１２０が挿入された状態で筋電位を測定する。

【0015】

測定用カード１２０は、一端が筐体１１０の挿入口１１０ａに挿入可能になっており、一端が挿入口１１０ａに挿入されると、他端は筐体１１０から突出する。そして、筐体１１０から突出する他端側には、それぞれ電極１３０を固定可能な複数の固定部が形成されており、適切な電極間距離となるように選択された固定部に電極１３０が固定されている。電極が固定されない固定部は、絶縁フィルムによって被覆されている。

【0016】

電極１３０は、測定用カード１２０の固定部に固定され、測定用カード１２０から遠い側の端面が例えば円形の平面となった導電性の部材である。この円形の平面は、測定対象の筋肉付近の皮膚に接触する接触面であり、接触面が測定対象の筋肉付近の皮膚に接触すると、筋電位に応じた電流が電極１３０に流れる。測定用カード１２０の表面から接触面までの高さは、測定用カード１２０の表面から筐体１１０の上面までの高さよりも高く、図１において、電極１３０の接触面が最も高い位置にある。

【0017】

電極１３０は、測定用カード１２０に形成される複数の固定部のうち、電極間距離が適切となる固定部に固定される。すなわち、２個又は３個の電極１３０は、測定対象の筋肉に応じて電極間距離が最適となるように選択された固定部に固定される。そして、電極１３０が固定された測定用カード１２０が筐体１１０の挿入口１１０ａに挿入されることにより、測定対象の筋肉の筋電位を感度良く測定することができる。また、他の筋肉の筋電位を測定する場合には、挿入口１１０ａに挿入された測定用カード１２０を他の筋肉に合わせて電極間距離が調整された測定用カード１２０に挿し替えることにより、他の筋肉の筋電位も容易に測定することができる。

【0018】

図２、３は、筐体１１０を除く筋電位測定装置の構成を示す斜視図である。図２は、電極１３０が固定される面の斜視図であり、図３は、電極１３０が固定される面とは反対側の面の斜視図である。

【0019】

図２に示すように、測定用カード１２０は、カード基板１２１にレジスト層１２２が積層されて形成されている。カード基板１２１には、複数の配線が形成されており、各配線の一端にはコネクタ１５０と接続するパッドが形成されている。すなわち、コネクタ１５０の複数の端子１５０ａは、それぞれカード基板１２１の一端に形成されたパッドに接続される。カード基板１２１は、一辺が例えば２０～７０ｍｍの長方形状を有する。

【0020】

レジスト層１２２は、レジスト材料からなり、カード基板１２１に積層される絶縁層である。レジスト層１２２は、端子１５０ａに接続するパッド部分を除く配線を被覆する。レジスト層１２２の中央には、電極１３０をカード基板１２１の配線に接続するための開口が形成されている。すなわち、電極１３０が固定される複数の固定部において、レジスト層１２２を貫通する開口が形成されており、この開口からカード基板１２１に形成された配線の一部が露出する。電極１３０は、レジスト層１２２の開口を貫通してカード基板１２１の配線に接続し、筋電位によって発生する電流が電極１３０からカード基板１２１の配線を介してコネクタ１５０へ流れるようになっている。

【0021】

電極１３０は、測定用カード１２０の固定部に固定可能な導電性の部材である。すなわち、電極１３０は、レジスト層１２２の開口から露出するカード基板１２１の配線に、例えば銀ペーストなどの導電性接着剤を用いて接着される。電極１３０が固定される固定部は、測定対象の筋肉に応じて電極間距離が適切となるように選択された固定部であり、測定用カード１２０ごとに電極１３０の配置を変更することが可能である。

【0022】

絶縁フィルム１４０は、測定用カード１２０の固定部に貼付された絶縁性の部材である。すなわち、絶縁フィルム１４０は、測定用カード１２０の固定部のうち、電極１３０が固定されない固定部に貼付され、レジスト層１２２の開口を被覆する。これにより、電極１３０が固定されない固定部において、レジスト層１２２の開口からカード基板１２１の配線の一部が露出することがない。

【0023】

コネクタ１５０は、筐体１１０の内部において測定用カード１２０と脱着可能に接続し、測定用カード１２０から流れる電流を処理回路まで伝送する。すなわち、コネクタ１５０には、カード基板１２１の配線それぞれに対応する端子１５０ａが設けられており、測定用カード１２０が筐体１１０の挿入口１１０ａへ挿入されると、各配線のパッドに端子１５０ａが接続して、配線ごとの電流がコネクタ１５０の裏面に搭載される処理回路１６０まで流れる。

【0024】

図３に示すように、コネクタ１５０の裏面には処理回路１６０が搭載されており、処理回路１６０は、カード基板１２１から流れる電流の大きさを測定することにより、筋電位を測定する。処理回路１６０は、回路基板１６１とＩＣ（Integrated Circuit）チップ１６２とを有する。回路基板１６１は、コネクタ１５０の裏面に搭載され、各種の部品が実装される基板である。ＩＣチップ１６２は、回路基板１６１に実装され、カード基板１２１から流れる電流の大きさを測定することにより、筋電位を測定する。

【0025】

なお、処理回路１６０は、ＩＣチップ１６２の他にも、筋電位の測定値を無線で送信するＲＦ（Radio Frequency）ＩＣや、バッテリなどの電源部を有していても良い。

【0026】

次に、測定用カード１２０の構成について詳細に説明する。図４は、測定用カード１２０が有するカード基板１２１の構成を示す斜視図である。

【0027】

カード基板１２１の表面には、複数の配線２１０が形成されている。各配線２１０の一端には、コネクタ１５０の端子１５０ａと接続するパッド２１０ａが形成され、他端には、電極１３０と接続するパッド２１０ｃが形成される。そして、パッド２１０ａ及びパッド２１０ｃは、線状配線２１０ｂによって接続される。配線２１０は、例えばフォトリソグラフィを用いて銅又は銅合金などの導電体のパターン形成をすることにより形成されても良い。

【0028】

コネクタ１５０に接続するパッド２１０ａは、カード基板１２１の一端に並んで形成される。これに対して、電極１３０に接続するパッド２１０ｃは、必ずしも並んで形成されることはなく、例えば隣接する配線２１０のパッド２１０ｃが、パッド２１０ａにより近い位置又はパッド２１０ａからより遠い位置に形成されても良い。すなわち、各配線２１０の線状配線２１０ｂの長さが異なっていても良い。また、各配線２１０の線状配線２１０ｂは、必ずしも直線状でなくても良く、折れ曲がり形状や曲線形状であっても良い。これに伴って、各配線２１０のパッド２１０ｃの配置を柔軟に設定することができ、多様な電極間距離を実現する測定用カード１２０を形成することができる。

【0029】

図５は、カード基板１２１にレジスト層１２２を積層して形成される測定用カード１２０の構成を示す斜視図である。

【0030】

レジスト層１２２は、カード基板１２１のパッド２１０ａ部分を除く配線２１０を被覆する。そして、カード基板１２１のパッド２１０ｃ部分には、レジスト層１２２に開口１２２ａが形成されている。開口１２２ａは、パッド２１０ｃに接続する電極１３０の基端部の断面形状に応じた形状を有しているため、電極１３０がパッド２１０ｃに接続される際に電極１３０の位置合わせをすることができる。

【0031】

開口１２２ａは、レジスト層１２２を貫通してカード基板１２１のパッド２１０ｃを露出させるが、パッド２１０ｃには、半硬化状態の導電性接着剤２２０が塗布されている。導電性接着剤２２０は、例えば金又は銀などの導電性フィラーを含有するエポキシ樹脂をペースト状にしたもので、例えば８０～１００℃程度の硬化温度で加熱されると硬化する。なお、電極１３０を測定用カード１２０に固定する際には、測定用カード１２０が導電性接着剤２２０の硬化温度にまで加熱されるため、レジスト層１２２及び絶縁フィルム１４０などの材料は、硬化温度に耐え得る耐熱性を有するのが好ましい。

【0032】

各開口１２２ａから露出するパッド２１０ｃに、半硬化状態の導電性接着剤２２０が塗布されることにより、それぞれのパッド２１０ｃに容易に電極１３０を接続することが可能となる。また、内部に導電性接着剤２２０が塗布される開口１２２ａ周辺には、絶縁フィルム１４０が貼付される。すなわち、各パッド２１０ｃに塗布されて開口１２２ａ内に充填される導電性接着剤２２０が絶縁フィルム１４０によって被覆される。これにより、レジスト層１２２の表面に導電体が露出することがなく、カード基板１２１の配線２１０及び導電性接着剤２２０を含む導電体を保護することができるとともに、測定用カード１２０に電極１３０が固定された場合の短絡を防止することができる。

【0033】

このように構成された測定用カード１２０が使用されて筋電位が測定される場合には、測定対象の筋肉に適合する適切な電極間距離に対応する一部のパッド２１０ｃが選択される。そして、選択された一部のパッド２１０ｃの位置における開口１２２ａを被覆する絶縁フィルム１４０が剥離され、開口１２２ａに電極１３０の基端部が挿入された状態で加熱されることにより、開口１２２ａ内の導電性接着剤２２０が硬化する。これにより、適切な電極間距離を空けて配置される電極１３０が測定用カード１２０に固定される。そして、電極１３０が固定された測定用カード１２０がパッド２１０ａ側から筐体１１０へ挿入されることにより、測定用カード１２０が処理回路１６０に接続され、電極１３０を皮膚に接触させて筋電位を測定する筋電位測定装置が得られる。

【0034】

図６は、電極１３０の形状を示す図である。電極１３０は、皮膚に接触する接触面を有する大径の平面部１３０ａと、平面部１３０ａよりも小径の基端部１３０ｂとを有する。

【0035】

平面部１３０ａは、例えば直径が１０ｍｍ程度の円形の接触面を有する。これに対して、平面部１３０ａを支持する基端部１３０ｂは、例えば底面の直径が５ｍｍ程度の円柱形状を有する。電極１３０は、図６に示す形状に成形された樹脂の表面に銀／塩化銀処理を施すことにより形成されても良いし、全体が例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）などの導電体から形成されても良い。

【0036】

このような形状の電極１３０は、例えば図７に示すように、基端部１３０ｂがレジスト層１２２の開口１２２ａに挿入され、半硬化状態の導電性接着剤２２０に接触する。そして、電極１３０が導電性接着剤２２０の方向へ加圧された状態で、導電性接着剤２２０が硬化温度まで加熱されることにより、電極１３０が測定用カード１２０に固定される。すなわち、電極１３０は、カード基板１２１のパッド２１０ｃと電気的に接続される。

【0037】

なお、電極１３０は、必ずしも導電性接着剤２２０によってパッド２１０ｃに固定されなくても良い。すなわち、電極１３０は、例えばボタンやクリップ等の機械的手段によってパッド２１０ｃに固定されても良い。具体的には、例えば電極１３０の基端部１３０ｂの底面とパッド２１０ｃとにそれぞれ凸ボタン及び凹ボタンを形成し、凸ボタンが凹ボタンに嵌合することによって電極１３０がパッド２１０ｃに固定されても良い。また、例えば電極１３０の基端部１３０ｂを突起を挟持可能なクリップ状に形成するとともに、パッド２１０ｃに突起を形成し、電極１３０の基端部１３０ｂがパッド２１０ｃの突起を挟持することによって電極１３０がパッド２１０ｃに固定されても良い。

【0038】

１つの測定用カード１２０には、２個又は３個の電極１３０が固定される。このとき、カード基板１２１に形成される複数のパッド２１０ｃのうち、電極間距離が適切となるパッド２１０ｃに電極１３０が接続される。本実施の形態に係るカード基板１２１には、４つの配線２１０が形成され、パッド２１０ｃも４つ形成されているため、このうちの２つ又は３つのパッド２１０ｃに電極１３０が接続される。

【0039】

具体的には、例えば短い２つの配線２１０のパッド２１０ｃが測定対象の筋肉に応じた適切な電極間距離に対応する位置にある場合には、図８（ａ）に示すように、これらのパッド２１０ｃに電極１３０が接続される。また、例えば両端の配線２１０のパッド２１０ｃが測定対象の筋肉に応じた適切な電極間距離に対応する位置にある場合には、図８（ｂ）に示すように、これらのパッド２１０ｃに電極１３０が接続される。さらに、１個の接地電極を含む３個の電極１３０を使用する場合には、例えば図８（ｃ）に示すように、３つのパッド２１０ｃに電極１３０が接続される。

【0040】

このように、測定用カード１２０にそれぞれ電極１３０を接続可能な複数の配線２１０が形成され、各配線２１０のパッド２１０ｃに導電性接着剤２２０によって電極１３０を接続することが可能となっている。このため、測定対象の筋肉に応じた適切な電極間距離を実現する配線２１０のパッド２１０ｃに容易に電極１３０を固定し、筋電位の測定感度を十分に向上させることができる。また、初回測定時に測定用カード１２０に電極１３０が固定されれば、同じ筋肉の２回目以降の測定時には電極１３０の位置を調整する必要がなく、効率的に筋電位を測定することができる。

【0041】

以上のように、本実施の形態によれば、カード基板にそれぞれ電極を接続可能な複数の配線が形成され、各配線の一端に電極接続用のパッドが形成され、パッドに半硬化状態の導電性接着剤が塗布された状態の測定用カードが提供される。このため、測定対象の筋肉に応じた最適な電極間距離となるように複数の電極を測定用カードのパッドに接続し、この測定用カードをコネクタを介して処理回路に接続することで、筋電位を測定することができる。このとき、測定対象の筋肉に応じた電極間距離となるように電極が配置されているため、筋電位の測定感度を十分に向上させることができる。

【0042】

なお、測定用カード１２０は、例えばＳＤメモリカードなどの規格に従ったサイズを有していても良い。この場合、例えば図９に示すように、カード基板１２１上の規格に従った位置にコネクタ接続用のパッド２１０ａが形成され、それぞれのパッド２１０ａに線状配線２１０ｂを介して電極接続用のパッド２１０ｃが形成される。ここでは、カード基板１２１に９の配線２１０が形成されている。

【0043】

電極１３０は、例えば図１０に示すように、測定用カード１２０の配線２１０が形成される面とは反対側の面に固定されるようにしても良い。すなわち、カード基板１２１のパッド２１０ｃの裏面にも電極接続用のパッドが形成され、両面のパッドがビアによって接続されることにより、パッド２１０ａ及び線状配線２１０ｂが形成される面の裏面に電極１３０を固定することができる。そして、電極１３０が固定された測定用カード１２０が、規格に従った形状のコネクタに接続されることにより、上記一実施の形態と同様に、筋電位の測定感度を向上させる筋電位測定装置を形成することができる。

【0044】

なお、上記一実施の形態においては、筐体１１０に１枚の測定用カード１２０が挿入されるものとしたが、筐体１１０に複数の挿入口１１０ａを形成し、複数の測定用カード１２０が同時に挿入されるようにすることも可能である。こうすることにより、複数の部位の筋肉の筋電位を同時に測定することが可能となる。

【0045】

また、上記一実施の形態においては、パッド２１０ｃに半硬化状態の導電性接着剤２２０が塗布されるものとしたが、導電性接着剤２２０は、電極１３０の基端部１３０ｂの底面に塗布されても良い。こうすることにより、電極１３０が接続されないパッド２１０ｃに導電性接着剤２２０が付着することがなく、不要な導電性接着剤２２０の使用を回避することができる。

【符号の説明】

【0046】

１１０ 筐体
１１０ａ 挿入口
１２０ 測定用カード
１２１ カード基板
１２２ レジスト層
１２２ａ 開口
１３０ 電極
１３０ａ 平面部
１３０ｂ 基端部
１４０ 絶縁フィルム
１５０ コネクタ
１５０ａ 端子
１６０ 処理回路
２１０ａ、２１０ｃ パッド
２１０ｂ 線状配線
２２０ 導電性接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】