(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】
(24)【登録日】2022-01-06
(45)【発行日】2022-01-20
(54)【発明の名称】生体用電極装着具
(51)【国際特許分類】
A61B 5/256 20210101AFI20220113BHJP
A61N 1/04 20060101ALI20220113BHJP
A61H 1/02 20060101ALI20220113BHJP
A61B 5/296 20210101ALI20220113BHJP
【ＦＩ】
A61B5/256 220
A61N1/04
A61H1/02 G
A61B5/296
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2017006354
(22)【出願日】2017-01-18
(65)【公開番号】P2018114093
(43)【公開日】2018-07-26
【審査請求日】2019-12-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000102500
【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095636
【弁理士】
【氏名又は名称】早崎 修
(72)【発明者】
【氏名】江尻 孝一郎
(72)【発明者】
【氏名】近藤 晴彦
【審査官】▲瀬▼戸井 綾菜
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－２０２９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６０４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３４９０２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３６６５０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－１６１０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２４６７４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２５３５６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３１４００２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ５／０５－５／０５３８
Ａ６１Ｂ ５／２４－５／３９８
Ａ６１Ｎ １／００－１／４４
Ａ６１Ｈ １／００－５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
体表面に接し、体表面内の筋を伸縮させる電気刺激信号を出力若しくは体表面内の筋の活動電位を入力する複数の生体用電極と、相互に若しくは前記生体用電極を介して網目状に連結されることにより全体で円筒形状に形成され、それぞれ長手方向に伸縮し、複数の導電性連結材と複数の絶縁性連結材とからなる複数の細長連結材とを備え、
前記複数の生体用電極は、各生体用電極が前記細長連結材の所定位置に固定されて、前記複数の細長連結材により形成される円筒形状の円筒面上に分散して配置され、
前記細長連結材が伸張して前記円筒形状内に身体の一部が挿通し、前記細長連結材間の隙間から前記生体用電極を目視できる状態で、複数の前記各生体用電極が前記身体の一部の体表面に密着し、
前記生体用電極又は前記導電性連結材を介して相互に電気接続された二以上の前記生体用電極の周囲に配線される全ての前記細長連結材を前記絶縁性連結材として、周囲の前記生体用電極から絶縁された一又は二以上の前記生体用電極からなる生体用電極群が形成され、
前記生体用電極群の生体用電極に、電気刺激信号を出力する刺激信号出力手段又は前記生体用電極群の生体用電極に表れる筋活動電位を検出する筋電信号検出手段が電気接続することを特徴とする生体用電極装着具。
【請求項2】
平面に沿って網目状に連結される複数の前記細長連結材の前記平面に沿った一方向で対向する一側と他側に相互に係合する第１係合部と第２係合部が取付けられ、第１係合部と第２係合部を係合して、網目状に連結される複数の前記細長連結材の全体が円筒形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の生体用電極装着具。
【請求項3】
一方向に沿った複数の位置に第１係合部と係合する第２係合部が取付けられていることを特徴とする請求項２に記載の生体用電極装着具。
【請求項4】
複数の前記生体用電極から、前記刺激信号出力手段に電気接続する第１生体用電極群と、前記筋電信号検出手段に電気接続する第２生体用電極群が形成され、前記刺激信号出力手段から第１生体用電極群に電気刺激信号を出力することによって、第２生体用電極群に表れる誘発筋電位を前記筋電信号検出手段が検出することを特徴とする請求項１に記載の生体用電極装着具。
【請求項5】
前記生体用電極群に、前記生体用電極群の生体用電極に電気刺激信号を出力する刺激信号出力手段と、前記生体用電極群の生体用電極に表れる筋活動電位を検出する筋電信号検出手段とのいずれかが選択的に電気接続することを特徴とする請求項１に記載の生体用電極装着具。
【請求項6】
細長連結材は、伸縮性繊維を加工した細長帯状の布地であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の生体用電極装着具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、筋の体表面に密着する生体用電極に電気刺激信号を出力して体表面内の筋をトレーニングしたり、生体用電極から筋の活動電位を検出し、体表面内の筋の状態を検出する目的で、筋の体表面に生体用電極を密着させる生体用電極装着具に関する。
【背景技術】
【0002】
筋力アップやダイエットを目的として、筋に電気刺激信号を加え筋を伸縮させてトレーニングする筋トレーニング装置では、トレーニングする筋の体表面に複数の生体用電極を密着させ、各生体用電極を介して体表面内の筋へ電気刺激信号を加えて強制的に伸縮させ、筋をトレーニングしている（特許文献１）。また、筋の組成や筋の活動状態を得る筋の評価装置においても、評価しようとする筋の体表面に複数の生体用電極を密着させて、各生体用電極から検出される筋活動電位によって筋の組成や活動状態を評価している（特許文献２）。
【0003】
いずれの場合にも、電気刺激信号の出力装置や筋の評価装置にそれぞれ接続する各生体用電極を体表面の所定位置へ密着させる作業は手間がかかり、また、各生体用電極毎に粘着シート等の密着手段が必要となるので、従来、一枚のシートや布地に複数の生体用電極を固定しておき、シートや布地を筋の体表面に沿って装着して複数の生体用電極をまとめて体表面へ密着させる生体用電極装着具が知られている（特許文献３、特許文献４）。
【0004】
このうち、特許文献３の生体用電極装着具は、弾性ストッキング等の身体に着用する弾性布地の一部に生体用電極を形成した弾性着衣であり、弾性布地の着圧によって生体用電極を体表面に密着し、低周波治療のための刺激電極や生体電気信号を取得するための記録電極として使用している。
【0005】
また、特許文献４の生体用電極装着具１００は、図８に示すように、麻痺肢１１０に装着する筒状のシート本体１０１と、シート本体の１０１の体表面に対向する内面側に網目状に配線される複数の信号線１０２と、信号線１０２が交差する位置に接続される多数の生体用電極１０３とから構成されている。この生体用電極装着具１００は、シート本体１０１をトレーニングする筋の周囲の麻酔肢１１０に巻き付けて、筋の体表面に生体用電極１０３を密着させるもので、複数の信号線１０２を介して生体用電極１０３に電気刺激信号を加えて麻酔肢１１０内の筋を電気刺激し、筋をトレーニングしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００５－３４８８５９号公報
【文献】特開２００１－２７６００５号公報
【文献】特開２００５－３４９０２１号公報
【文献】特開２０１５－２２８９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述の生体用電極装着具１００は、複数の生体用電極を一括して筋の体表面へ密着できるが、各生体用電極は、平面状のシート本体に固定され、立体方向の移動が拘束されるので、複雑な湾曲面の体表面に全ての生体用電極を追従させることができず、一部の生体用電極が体表面から離れたり、体表面に接触していても十分な接触圧で生体用電極を体表面に接触させることができないという問題があった。
【0008】
特許文献３の生体用電極装着具は、生体用電極を固定する布地を弾性布地としてこの問題を改善しているが、各生体用電極が平面状の布地に固定されているので、それぞれ独立して体表面に追従させるには十分ではなかった。
【0009】
また、いずれの従来の生体用電極装着具も、生体用電極を弾性布地やシート本体の内面側に露出させて固定するので、生体用電極と生体用電極を密着させる体表面の位置を対比して目視確認することができず、最適な体表面の位置に生体用電極を密着させることができないという問題があった。
【0010】
特に、脚に弾性ストッキング等の弾性布地を装着したり、麻酔肢１１０に筒状のシート本体１０１を巻き付ける際に、弾性布地が伸縮したり、シート本体１０１の一部が撓んで、生体用電極の密着位置に位置ずれが生じても、その位置ずれを確認できず、意図しない体表面の位置に生体用電極が密着される恐れがあった。
【0011】
また、弾性布地やシート本体に生体用電極が固定されているので、生体用電極の周囲の通気性が悪く、埃や水滴等の異物が生体用電極と体表面の間に介在しても排除されず、生体用電極間の絶縁不良や生体用電極と体表面間の接触不良の原因となっていた。例えば、筋に負荷をかける運動中に生体用電極に表れる筋の活動電位から筋の活動状態を評価しようとする場合に、生体用電極が密着する体表面が弾性布地やシート本体で覆われるので、体表面に生じる汗が蒸発せずに生体用電極と体表面の間に残り、その間の抵抗値が大幅に上昇するという問題があった。
【0012】
更に、複数の生体用電極間を電気接続する場合には、弾性布地やシート本体上に生体用電極間を接続する電線を配線する必要があり、別に接続する電線を用意すると共に、煩雑な配線接続工程を要するものであった。
【0013】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、複数の生体用電極を一括して筋の体表面に密着させることができ、各生体用電極が所定の接触圧で体表面に密着する生体用電極装着具を提供することを目的とする。
【0014】
また、複数の各生体用電極をそれぞれ体表面の所定位置に位置ずれすることなく密着させる生体用電極装着具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】
【0015】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の生体用電極装着具は、体表面に接し、体表面内の筋を伸縮させる電気刺激信号を出力若しくは体表面内の筋の活動電位を入力する複数の生体用電極と、相互に若しくは生体用電極を介して網目状に連結されることにより全体で円筒形状に形成され、それぞれ長手方向に伸縮し、複数の導電性連結材と複数の絶縁性連結材とからなる複数の細長連結材とを備え、複数の生体用電極は、各生体用電極が細長連結材の所定位置に固定されて、複数の細長連結材により形成される円筒形状の円筒面上に分散して配置され、細長連結材が伸張して円筒形状内に身体の一部が挿通し、細長連結材間の隙間から生体用電極を目視できる状態で、複数の各生体用電極が身体の一部の体表面に密着し、生体用電極又は導電性連結材を介して相互に電気接続された二以上の生体用電極の周囲に配線される全ての細長連結材を絶縁性連結材として、周囲の生体用電極から絶縁された二以上の生体用電極からなる生体用電極群が形成され、 生体用電極群の生体用電極に、電気刺激信号を出力する刺激信号出力手段又は生体用電極群の生体用電極に表れる筋活動電位を検出する筋電信号検出手段が電気接続することを特徴とする。
【0016】
細長連結材を伸張させて円筒形状内に身体の一部を挿通すると、円筒形状を形成する各細長連結材が収縮して身体の一部を囲って位置決めされ、細長連結材に固定される全ての生体用電極は、細長連結材が収縮することにより身体の一部の体表面に所定の接触圧で密着する。
【0017】
生体用電極群の生体用電極に刺激信号出力手段を電気接続すれば、生体用電極群を構成する二以上の全ての生体用電極に同期する電気刺激信号が出力され、生体用電極群の生体用電極に筋電信号検出手段を電気接続すれば、生体用電極群を構成するいずれかの生体用電極に表れる筋活動電位を筋電信号検出手段が検出することができる。
【0018】
請求項２に記載の生体用電極装着具は、平面に沿って網目状に連結される複数の細長連結材の平面に沿った一方向で対向する一側と他側に相互に係合する第１係合部と第２係合部が取付けられ、第１係合部と第２係合部を係合して、網目状に連結される複数の細長連結材の全体が円筒形状に形成されることを特徴とする。
【0019】
第１係合部と第２係合部を係合するだけで、網目状に連結される複数の細長連結材の全体は、身体の一部を挿通させる円筒形状に形成される。
【0020】
請求項３に記載の生体用電極装着具は、一方向に沿った複数の位置に第１係合部と係合する第２係合部が取付けられていることを特徴とする。
【0021】
第１係合部を一方向に沿って異なる位置に取付けられる第２係合部へ係合することにより、網目状に連結される複数の細長連結材の全体の円筒形状の内径が変化する。
【0022】
請求項４に記載の生体用電極装着具は、複数の生体用電極から、刺激信号出力手段に電気接続する第１生体用電極群と、筋電信号検出手段に電気接続する第２生体用電極群が形成され、刺激信号出力手段から第１生体用電極群に電気刺激信号を出力することによって、第２生体用電極群に表れる誘発筋電位を筋電信号検出手段が検出することを特徴とする。
【0023】
第１生体用電極群から筋に電気刺激信号を加えることにより、第２生体用電極群に誘発筋電位が表れ、筋電信号検出手段は、第２生体用電極群から誘発筋電位を検出する。
【0024】
請求項５に記載の生体用電極装着具は、生体用電極群に、生体用電極群の生体用電極に電気刺激信号を出力する刺激信号出力手段と、生体用電極群の生体用電極に表れる筋活動電位を検出する筋電信号検出手段とのいずれかが選択的に電気接続することを特徴とする。
【0025】
生体用電極群を構成する生体用電極を、筋のトレーニング用の刺激電極と筋活動状態を判別する筋電検出電極のいずれかに選択できる。
【0026】
請求項６に記載の生体用電極装着具は、細長連結材が、伸縮性繊維を加工した細長帯状の布地であることを特徴とする。
【0027】
細長連結材が接する体表面が布地で覆われるので、通気性と吸湿性が得られる。
【発明の効果】
【0028】
請求項１の発明によれば、複数の生体用電極を一括して筋の体表面へ密着でき、全ての生体用電極は、収縮する細長連結材に固定されているので、それぞれ複雑な曲面の体表面に対して所定の接触圧で密着する。
【0029】
また、細長連結材間の隙間から、生体用電極と生体用電極を密着させる体表面の位置を対比して目視確認することができので、最適な体表面の位置に生体用電極を密着させることができる。
【0030】
また、生体用電極が密着する部位の周囲の体表面は、細長連結材の間から外部に露出して通気性がよいので、体表面の汗は蒸発し、汗や塵埃等の異物が生体用電極間や生体用電極と体表面の間に介在することがなく、生体用電極間の絶縁不良や生体用電極と体表面間の接続不良が生じない。
【0031】
また、生体用電極群を構成する複数の生体用電極間を、導電線を配線することなく、導電性連結材により電気接続できる。
【0032】
また、生体用電極が密着する特定の体表面に限らず、体用電極群を構成する生体用電極が密着する一定領域の体表面について、複数位置から筋を刺激する電気刺激信号を加えたり、一定領域のいずれかに表れる筋活動電位を検出できる。
【0033】
請求項２の発明によれば、平面に沿って網目状に連結される複数の細長連結材の所定位置に容易に生体用電極を固定することができ、その後、平面に沿って網目状の連結される細長連結材を、第１係合部と第２係合部を係合して、容易に身体の一部を挿通する円筒形状とすることができる。
【0034】
請求項３の発明によれば、生体用電極を密着させる身体の一部の体表面の太さに応じて、網目状に連結される複数の細長連結材の全体の円筒形状の内径を変化させて、網目状に連結される細長連結材が収縮する状態で身体の一部を囲って装着できる。
【0035】
請求項４の発明によれば、第１生体用電極群を構成する生体用電極から出力される電気刺激信号により筋に誘発筋活動電位を発生させるので、脳からの指令による電気信号や運動負荷時の筋肉が発生する電気信号のノイズと識別して、第２生体用電極群に電気接続する筋電信号検出手段から正確に誘発筋電位を検出できる。
【0036】
請求項５の発明によれば、生体用電極群を構成する生体用電極を、筋のトレーニング用の刺激電極と筋活動状態を判別する筋電検出電極に併用できる。
【0037】
請求項６の発明によれば、細長連結材が布地で形成されるので、体表面へ装着感を損なうことがなく、通気性と吸湿性に優れているので、体表面の汗は蒸発したり布地に球種刺され、汗が生体用電極間や生体用電極と体表面の間に介在することがない。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本願発明の第１実施の形態に係る生体用電極装着具１の斜視図である。
【図2】平面状の生体用電極装着具１の部分省略平面図である。
【図3】平面状の生体用電極装着具１の部分省略正面図である。
【図4】生体用電極装着具１の使用状態参考図である。
【図5】第２実施の形態に係る生体用電極装着具１０の使用状態参考図である。
【図6】生体用電極装着具１０に接続する筋トレーニング装置４０のブロック図である。
【図7】平面状の他の実施の形態に係る生体用電極装着具１１の平面図である。
【図8】従来の生体用電極装着具１００の使用状態参考図である。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、本発明の第１実施の形態に係る生体用電極装着具１を図１乃至図４を用いて説明する。本実施の形態に係る生体用電極装着具１は、筋５０に電気刺激信号を加えて、筋５０を伸縮させてトレーニングする用途で用いられるもので、電気刺激信号を出力する生体用電極２を筋５０の体表面に密着させる装着具である。本明細書において、筋５０のトレーニングとは、筋５０の体表面に電気刺激信号であるトレーニング刺激信号を加えて筋５０を伸縮させる電気的筋肉刺激ＥＭＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｓｃｌｅ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）をいい、従って、筋５０をトレーニングする目的は、筋５０を伸縮させて付近の脂肪を燃焼させるダイエット、筋力アップ、損傷した筋５０を再生させる再生医療などのいずれであってもよく、生体用電極装着具１は、これらのいずれの目的で用いられるものであってもよい。
【0040】
図１乃至図４の各図に示すように、生体用電極装着具１は、体表面下の筋５０へ電気刺激を加えるための多数の生体用電極２、２・・と、網目状に連結された多数の細長連結材である伸縮線材３、３・・と、相互に係合する複数の係合フック４及び係合受け部５とを備えている。
【0041】
生体用電極２は、導電性金属材料により円板状に形成され、その体表面に接する側の内面は、金メッキなどの導電性金属によりメッキ処理されている。しかしながら、生体用電極２の形状は、円板状に限らず、半球状や矩形板状等任意の形状とすることができる。複数の各生体用電極２は、互いに直交する伸縮線材３、３間に介在して固定され、これにより直交する伸縮線材３、３間が格子状に連結される。すなわち、図３に示すように、各生体用電極３から９０度間隔で４本の伸縮線材３が放射状に連結され、隣り合う生体用電極２、２間が１本の伸縮線材３によって連結されることにより、２５個の生体用電極２、２・・が、５行５列の行列の各位置に分散して配置される。
【0042】
多数の生体用電極２、２・・は、上述のように、直交する伸縮線材３、３の交差位置で伸縮線材３間に介在させて、行列の各位置に分散して配置しているが、直交する伸縮線材３、３が交差する伸縮線材３、３間の交差位置の内面側に固定してもよく、また、交差位置に限らず、密着させる体表面の位置に応じて網目状に連結された多数の伸縮線材３、３・・の任意の位置に固定することができる。
【0043】
本実施の形態では、網目状に連結される多数の細長連結材である伸縮線材３は、各図において黒色の太線で表す導電性連結材となる導電性伸縮線材３１と白抜きの二重線で表す絶縁性連結材となる絶縁性伸縮線材３２とのいずれかからなり、後述する連結部位に応じていずれかを選択して用いている。いずれの伸縮線材３１、３２も、身体を屈伸させることにより体表面が伸張しても、伸縮線材３１、３２に固定される生体用電極３が伸張する体表面に密着して追従するように、最大４０乃至５０％程度の体表面の伸縮率を越える５０％以上の伸張率であることが望ましい。
【0044】
導電性伸縮線材３１は、例えば、らせん状に撚り合わされた導体線と、導体線と逆方向に撚り合わされた伸縮性及び可撓性を有する弾性長繊維とを編み合わせることにより形成され、軸方向及び曲げ方向に変形自在であるとともに復元性を備えている。伸張率が５０％以上の導電性伸縮線材３１として、例えば、特開２０１０－２０９４９号に開示された導電性伸縮線材を用いる。しかしながら、この態様に限らず、例えば弾性を有する樹脂等の材料に導電性材料を混練して線材状に加工したものや伸縮性を有する線維等の材料に伸縮性導電性材料を印刷するものであってもよい。
【0045】
また、絶縁性伸縮線材３２は、弾性を有する絶縁性の樹脂線維を撚り合わせ、若しくは弾性を有する絶縁性の樹脂を線材状に加工する等の方法で形成され、軸方向及び曲げ方向に変形自在であるとともに復元性を備えている。
【0046】
生体用電極装着具１の形成過程では、図２、図３に示すように、導電性伸縮線材３１と絶縁性伸縮線材３２が混在する多数の伸縮線材３を格子状に連結して、全体を横長長方形の輪郭の平面状の伸縮ネット３０としている。伸縮ネット３０の内側の５行５列の行列状の各交差位置に固定される２５個の生体用電極２のうち、第１列の５個の生体用電極２は、縦方向で隣り合う生体用電極２、２間が導電性伸縮線材３１で連結されて相互に電気接続するとともに、その周囲は絶縁性伸縮線材３２で連結されて周囲と絶縁することにより、
陰極側生体用電極群２１を構成する。また、第２列から第５列までの２０個の生体用電極２についても、隣り合う生体用電極２、２間が導電性伸縮線材３１で連結されて相互に電気接続するとともに、その周囲が絶縁性伸縮線材３２で連結されて周囲と絶縁することにより、陽極側生体用電極群２２を構成する。
陰極側生体用電極群２１を構成する。また、第２列から第５列までの２０個の生体用電極２についても、隣り合う生体用電極２、２間が導電性伸縮線材３１で連結されて相互に電気接続するとともに、その周囲が絶縁性伸縮線材３２で連結されて周囲と絶縁することにより、陽極側生体用電極群２２を構成する。
【0047】
本実施の形態に係る生体用電極装着具１は、図４に示すように、筋５０に電気刺激信号を加えて筋５０をトレーニングする用途で用いるので、図示しない筋トレーニング装置の電気刺激出力部４１から陽極側生体用電極群２２と陰極側生体用電極群２１へ電気刺激信号であるトレーニング刺激信号を出力している。すなわち、接地電位とした電気刺激出力部４１の－側出力電極４１（－）を陰極側生体用電極群２１に接続する導電性伸縮線材３１に電気接続した状態で、＋側出力電極４１（＋）を陽極側生体用電極群２２に接続する導電性伸縮線材３１に電気接続して、陽極側生体用電極群２２の２０個の生体用電極２から筋５０へトレーニング刺激信号を加えている。
【0048】
伸縮ネット３０の上辺と下辺の各右端には、一組の鈎型の係合フック４、４が取付けられ、また、各係合フック４、４が取付けられた上辺と下辺の左側には、生体用電極２が露出する伸縮ネット３０の面を内側として伸縮ネット３０を円筒形に湾曲させた際に、一組の各係合フック４、４に係合自在の３個のフック受け５ａ、５ｂ、５ｃが上辺と下辺に沿った異なる位置に取付けられている。一組の各係合フック４、４を左側のフック受け５ａから右側のフック受け５ｃへ係合させるにつれて円筒形の伸縮ネット３０の内径は小径となり、フック受け５を選択することにより最適な内径に調整できる。これによって、生体用電極装着具１を装着する身体の太さに応じて、伸縮線材３の伸縮量を調整し、最適な接触圧で生体用電極２、２・・を筋５０の体表面へ密着させることができる。
【0049】
このように構成された生体用電極装着具１を用いて、図４に示すように下肢の筋５０をトレーニングする場合には、伸縮線材３を伸張させながらトレーニングする筋５０の周囲の下肢に伸縮ネット３０を巻き付け、一組の各係合フック４、４を下肢の太さに合わせていずれかのフック受け５ａ、５ｂ、５ｃへ係合し、円筒形の伸縮ネット３０を下肢の周囲に巻き付けて位置決めする。その後、電刺激出力部４１の＋側出力電極４１（＋）と－側出力電極４１（－）間にトレーニング刺激信号を出力し、＋側出力電極４１（＋）に接続する２０個の生体用電極２から構成される陽極側生体用電極群２２より筋５０へトレーニング刺激信号を出力する。従って、２０カ所の異なる体表面の位置から同期するトレーニング刺激信号が出力され、筋５０の全体にむらなく電気刺激を加えることができる。
【0050】
本発明の第２実施の形態に係る生体用電極装着具１０は、上述の筋５０に電気刺激信号を加えてトレーニングするトレーニングモードの他に、筋５０の活動状態からトレーニングの効果を確認する筋状態判別モードでも動作する筋トレーニング装置４０に用いられるもので、トレーニングモードでは、生体用電極装着具１０の生体用電極２からトレーニング刺激信号を出力し、筋状態判別モードでは、生体用電極装着具１０のいずれかの生体用電極２から誘発筋刺激信号を出力し、他の生体用電極２から誘発筋刺激信号を受けて筋５０に誘発される誘発筋電信号を検出する。
【0051】
以下、この第２実施の形態に係る生体用電極装着具１０を、図５と図６を用いて説明する。生体用電極装着具１０の各部について、上述の生体用電極装着具１と同一若しくは同様に作用する構成には、同一の番号を用いてその詳細な説明を省略する。
【0052】
生体用電極装着具１０は、導電性伸縮線材３１と絶縁性伸縮線材３２が混在する多数の伸縮線材３を格子状に連結して、全体を縦長方形の輪郭の平面状の伸縮ネット３５とし、その左右両端に取付けられた図示しない係合フック４とフック受け５とを係合して、上腕部６０の周囲に伸縮線材３を伸張させた状態で巻き付けられている。伸縮ネット３５の上腕部６０に対向する内面側には、７行３列の行列の各位置で直交する伸縮線材３、３の交差位置に、２１個の生体用電極２が固定され、それぞれ、伸縮線材３が伸張された状態で巻き付けられることにより上腕部６０の筋５０の体表面に所定の接触圧で密着している。
【0053】
２１個の生体用電極２は、図５に示すように、隣接する生体用電極２、２が導電性伸縮線材３１で電気接続される９個の生体用電極２からなる陽極側生体用電極群２３と、６個の生体用電極２からなる陰極側生体用電極群２４と、それぞれ２個の生体用電極２からなる３種類の筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃとに分けられ、各生体用電極群２３、２４、２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、その周囲に接続する全ての伸縮線材３が絶縁性伸縮線材３２であることによって周囲と絶縁されている。
【0054】
図６は、生体用電極装着具１０を用いる筋トレーニング装置４０のブロック図であり、筋トレーニング装置４０は、陽極側生体用電極群２３に接続する出力端子４２と、陽極側生体用電極群２２に接続する接地電位のアース端子と、制御部４４から出力される選択制御信号を受けて３種類の筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃのいずれかに選択的に接続するマルチプレクサ４３とで生体用電極装着具１０に接続している。
【0055】
制御部４４には、トレーニングモードと筋状態判別モードのいずれかで動作し、後述する筋状態判別部４７の判別結果や制御部４４の一連の動作プログラムが記憶される記憶部３９と、使用者が筋トレーニング装置４０の起動や動作停止を入力操作する操作部４８と、トレーニングの進行状況や筋状態判別部４７が判別した筋疲労度等を表示する表示部４９と、電気刺激出力部４１が接続されている。制御部４４は、操作部４８から起動命令を受けると、筋状態判別モードからトレーニングモードの一連の動作を筋トレーニング装置４０が実行するように、筋トレーニング装置４０の各部をシーケンス制御する。
【0056】
電気刺激出力部４１は、トレーニング刺激信号と誘発筋刺激信号の２種類の電気刺激信号を生成し、制御部４４がトレーニングモードで動作する際にはトレーニング刺激信号を、筋状態判別モードで動作する際には誘発筋刺激信号を出力端子４２を介して陽極側生体用電極群２３へ出力する。ここでは、電気刺激出力部４１で生成されるトレーニング刺激信号は、１０乃至８０ｍＡ程度の電流値で、１０乃至３０Ｈｚの周波数の交流信号波形の電気刺激信号であり、誘発筋刺激信号は、電流値が５ｍＡ以上で電圧が１００Ｖのパルス幅が０．５ｍｓｅｃの矩形波の電気刺激信号である。
【0057】
マルチプレクサ４３は、筋状態判別モードで動作する制御部４４から入力される選択制御信号を受けて、３種類の筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃから選択制御信号信号で指定された筋電検出生体用電極群２５を順にその後段に接続する増幅部４５へ接続し、各筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃにおいて検出した筋電信号の筋活動電位を増幅部４５とＡ／Ｄ変換部４６を通して筋状態判別部４７へ出力する。すなわち、体表面に密着する筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃから検出される筋電信号の筋活動電位は微小値であるため、増幅部４５で増幅した後、Ａ／Ｄ変換部４６でデジタル値に変換し、筋状態判別部４７で判別可能な値とする。
【0058】
筋５０をトレーニングしてその疲労が亢進すると、筋５０の収縮性を補うための運動単位の動員数及び発火頻度が増加し、筋電信号の振幅が大きくなるので、筋状態判別部４７は、各筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃ毎に検出した筋電信号の振幅の変化や各筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃから検出した筋電信号の振幅の総和の変化からトレーニングモードで筋５０をトレーニングすることによる筋５０の疲労状態を判別する。
【0059】
また、筋５０をトレーニングしてその疲労が亢進すると、筋５０は、筋線維と直交する方向に膨らんだ状態で伸縮量が減少する。すなわち、筋線維と直交する方向の体表面に密着する３種類の筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃから検出される各筋電信号のレベルの標準偏差が減少するので、筋状態判別部４７は、標準偏差の変化から筋５０の疲労状態を判別することもできる。
【0060】
筋状態判別部４７は、筋状態判別部４７による筋５０の判別結果を制御部４４へ出力し、制御部４４は、その判別結果を表示部４９へ表示して使用者へ伝えると共に、筋５０の疲労度の判別結果によってトレーニングモードに移行し、若しくは筋トレーニング装置４０の動作を停止する。
【0061】
以下、生体用電極装着具１０を用いた筋トレーニング装置４０により、上腕部６０の筋５０をトレーニングする方法を説明する。使用者が上腕部６０の筋５０をトレーニングする場合には、多数の伸縮線材３が網目状に連結されてなる伸縮ネット３５を、伸縮線材３を伸張させながら生体用電極２が体表面側に対向する向きで上腕部６０の体表面に沿って巻き付け、図示しない係合フック４とフック受け５とを係合して、上腕部６０の周囲に円筒形にして巻き付ける。この装着の際に、多数の生体用電極２の体表面への密着位置は、網目状に連結された伸縮線材３の隙間から目視できるので、３種類の筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃのうち、筋電検出生体用電極群２５ｂが筋５０の筋線維方向に沿った中央の体表面に、筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｃがその側方の体表面にそれぞれ密着するように伸縮ネット３５を上腕部６０周りに移動させて位置決めすることができる。
【0062】
係合フック４とフック受け５とを係合し、上腕部６０周りに巻き付けた状態で、各伸縮線材３は収縮するように作用するので、伸縮線材３に固定された生体用電極２は、筋５０の体表面の分散する各位置に所定の接触圧で密着する。
【0063】
その後、使用者が操作部４８へ筋トレーニング装置４０を起動させる入力操作を行い、筋トレーニング装置４０が起動すると、制御部４４は始めに筋状態判別モードで動作し、電気刺激出力部４１から陽極側生体用電極群２３へ誘発筋刺激信号を出力するとともに、マルチプレクサ４３へ３種類の筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃを順にその後段の増幅部４５へ接続する選択制御信号を出力し、誘発筋刺激信号により各筋電検出生体用電極群２５ａ、２５ｂ、２５ｃに誘発される誘発筋電信号を筋状態判別部４７へ出力する。
【0064】
筋状態判別部４７は、この誘発筋電信号から判別した筋５０の初期状態の疲労度を制御部４４へ出力し、制御部４４は、初期状態の疲労度を記憶部３９へ記憶するとともに、トレーニングモードに移行して、電気刺激出力部４１から陽極側生体用電極群２３へトレーニング刺激信号を出力し、筋５０を電気刺激により伸縮させてトレーニングする。
【0065】
従って、筋５０をトレーニングするトレーニングモードと、筋５０の活動状態（疲労度）を判別する筋状態判別モードとで、同一の陽極側生体用電極群２３を兼用することができ、その目的によって生体用電極装着具１０を付け替える必要がない。また、陽極側生体用電極群２３を構成する９個の生体用電極２は、筋５０の体表面の格子状の各位置に分散して密着しているので、筋５０の各位置にむらなくトレーニング刺激信号や誘発筋刺激信号を加えることができる。
【0066】
制御部４４は、所定のトレーニング時間が経過した後、トレーニングモードを終了し、再び、筋状態判別モードに移行し、筋トレーニング装置４０は、上記筋状態判別モードでの動作を繰り返す。この動作によって、筋状態判別部４７は、所定のトレーニング時間の経過後の筋５０の疲労度を判別し、制御部４４は、記憶部３９に記憶された初期状態の筋５０の疲労度と、筋状態判別部４７から新たに入力される所定のトレーニング時間の経過後の筋５０の疲労度を比較し、その比較結果によって、筋５０のトレーニングが十分でなければ再びトレーニングモードに移行し、トレーニングの目的に達する程度に筋５０が疲労している場合には、筋トレーニング装置４０の動作を終了させる。
【0067】
上述の各実施の形態では、多数の伸縮線材３を格子状に連結して伸縮ネット３０、３５を形成しているが、全体が網目状に連結され、それぞれ長手方向に伸縮する細長連結材であれば、伸縮線材３に限らず、所望の材質や形状で形成してもよい。
【0068】
図７は、細長連結材を長手方向に伸縮する細長帯片６で構成した更に他の実施の形態に係る生体用電極装着具１１を表す平面図である。細長帯片６は、伸縮性繊維を撚り若しくは編んで細長帯状の布地としたもので、互いに直交する多数の細長帯片６間を連結し、図示するように全体で格子状の伸縮ネット３６を形成している。また、生体用電極７は、細長帯片６間が連結する交差位置に縫い付けて固定され、伸縮ネット３６の内側で体表面に密着するように支持される。
【0069】
このように細長連結材を長手方向に伸縮する細長帯状の布地の細長帯片６で形成することによって、伸縮ネット３６の肌触りがよく、生体用電極装着具１１を筋の周囲の体表面に装着させる際に使用者に不快感が生じない。また、細長帯片６が布地の素材で形成されているので、通気性と吸湿性に優れ、体表面から発汗があっても、気化したり細長帯片６に吸収され、生体用電極７と体表面間に介在せず、その間の接触抵抗が増大しない。
【0070】
尚、細長帯片６を構成する伸縮性繊維は、一般に絶縁性であるので、ここで説明する細長帯片６は絶縁性連結材であるが、生体用電極７間を電気接続するなど、細長帯片６を導電性連結材として作用させたい場合には、細長帯片６の伸縮率以上に伸縮する導電性インクを細長帯片６に沿って印刷したり、細長帯片６に平行にジャンパー線を接続する。
【0071】
また、多数の細長連結材に導電性連結材と絶縁性連結材を用いて、周囲と絶縁された複数の生体用電極２からなる生体用電極群（２１、２２、２３、２４、２５）を形成しているが、周囲と絶縁された１個の生体用電極２を細長連結材に固定するものであってもよく、網目状に連結する全ての細長連結材を、導電性連結材若しくは絶縁性連結材としてもよい。
【0072】
また、上述の各実施の形態では、平面状の伸縮ネット３０、３５の両端に設けた一対の係合部４、５を係合させて円筒形としているが、装着する身体の一部の外径よりわずかに短い内径の円筒形としたサポーター型の伸縮ネットを予め形成しておき、その円筒形の伸縮ネットに身体の一部を挿入してその周囲に生体用電極装着具を装着してもよい。
【0073】
また、生体用電極装着具１０の筋電検出生体用電極群２５は、筋５０に誘発筋刺激信号を加えることにより筋５０に誘発される誘発筋電信号を検出する目的で用いたが、筋５０が随意的に活動することができる骨格筋であり、運動神経からの刺激を受けて骨格筋を構成する複数の筋線維に発生する筋活動電位を検出する目的で用いるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0074】
本発明は、筋へ電気刺激を加えたり、筋の活動電位を検出するために、筋の体表面に生体用電極を密着させる生体用電極装着具に適している。
【符号の説明】
【0075】
１、１０ 生体用電極装着具
２ 生体用電極
３ 伸縮線材
４ 係合フック（第１係合部）
５ フック受け（第２係合部）
２２ 陽極側生体用電極群（第１生体用電極群）
２５ 筋電検出生体用電極群（第２生体用電極群）
３１ 導電性伸縮線材
３２ 絶縁性伸縮線材
２ 生体用電極
３ 伸縮線材
４ 係合フック（第１係合部）
５ フック受け（第２係合部）
２２ 陽極側生体用電極群（第１生体用電極群）
２５ 筋電検出生体用電極群（第２生体用電極群）
３１ 導電性伸縮線材
３２ 絶縁性伸縮線材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】