特許 7137812 電気的刺激付与および筋収縮検出可能なデバイスおよび計測システム

(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】2022-09-07

(45)【発行日】2022-09-15

(54)【発明の名称】電気的刺激付与および筋収縮検出可能なデバイスおよび計測システム

(51)【国際特許分類】

   A61N 1/04 20060101AFI20220908BHJP

   A61N 1/08 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

A61N1/04

A61N1/08

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018005528

(22)【出願日】2018-01-17

(65)【公開番号】P2019122598

(43)【公開日】2019-07-25

【審査請求日】2020-10-09

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 １．発行日：平成２９年１２月１１日 刊行物：国際学会Ｂｉｏ４Ａｐｐｓ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＢｉｏＳｅｎｓｏｒｓ， ＢｉｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ＢｉｏＭｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＢｉｏＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）２０１７ Ｂｉｏ４Ａｐｐｓ Ｐｒｏｇａｒａｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ 公開者：竹下俊弘、吉田学、大内篤、檜顕成、内田広夫、小林健 内容：生体信号を検知するための起毛電極を含むウェアについて ２．発表日：平成２９年１２月１２日（開催期間 平成２９年１２月１１日～１３日） 集会名：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＢｉｏＳｅｎｓｏｒｓ， ＢｉｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＢｉｏＭｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＢｉｏＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１７ （Ｂｉｏ４Ａｐｐｓ ２０１７） 開催場所：東京大学 弥生講堂（東京都文京区） 内容：講演番号 Ｏｒａｌ Ｓｅｓｓｉｏｎ ＴＡ２ 「Ｍｕｌｔｉ－ｌｅａｄ ＥＣＧ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｗｅａｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｐｒｉｎｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｌｏｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」の口頭発表資料 ３．発行日：平成２９年１２月１１日 刊行物：国際学会Ｂｉｏ４Ａｐｐｓ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＢｉｏＳｅｎｓｏｒｓ， ＢｉｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＢｉｏＭｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＢｉｏＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）２０１７ Ｂｉｏ４Ａｐｐｓ Ｐｒｏｇａｒａｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ 公開者：竹井裕介、後藤慎太郎、高松誠一、小林健 内容：極薄シリコンピエゾ抵抗膜素子を用いたフレキシブルな圧力センサについて

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ４．発表日：平成２９年１２月１１日（開催期間 平成２９年１２月１１日～１３日） 集会名：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＢｉｏＳｅｎｓｏｒｓ，ＢｉｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＢｉｏＭｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＢｉｏＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１７（Ｂｉｏ４Ａｐｐｓ ２０１７） 開催場所：東京大学 弥生講堂（東京都文京区） 内容：講演番号 Ｏｒａｌ Ｓｅｓｓｉｏｎ ＭＭ１ 「Ｆｒｅｘｉｂｌｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｕｌｔｒａ－ｔｈｉｎ Ｓｉ ｐｉｅｚｏ－ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ」の口頭発表資料 ５．発行日：平成２９年１０月２４日 刊行物：平成２９年電気学会センサ・マイクロマシン部門大会 第３４回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 一般社団法人電気学会 専務理事 酒井祐之 公開者：竹井裕介、後藤慎太郎、高松誠一、伊藤寿浩、小林健 内容：極薄シリコンピエゾ抵抗膜素子を用いたフレキシブルな圧力センサについて ６．発表日：平成２９年１０月３１日（開催期間 平成２９年１０月３１日～１１月０２日） 集会名：第３４回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムポスター発表 開催場所：広島国際会議場（広島市） 内容：講演番号０２ｐｍ１－ＰＳ－２２３ 「極薄シリコンピエゾ抵抗素子を用いたフレキシブルな圧力センサ」の口頭発表資料

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ７．公開日：平成２９年１１月１８日 公開場所：学会事務局Ｓｈｉｒｌｅｙ Ｇａｌｌｏｗａｙ氏から発表者へ配信されたメール媒体 公開者：竹井裕介、吉田学、竹下俊之、小林健 内容：国際学会ＭＥＭＳ２０１８（Ｔｈｅ ３１ｓｔ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）のＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｇｒａｍにおけるアブストラクト（発表者のチェック用） ８．ウェブサイトからダウンロードした日：平成２９年１１月２９日 掲載アドレス：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｍｓ２０１８．ｏｒｇ／ｐｒｏｇｒａｍ／ＭＥＭＳ２０１８＿ＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙＰｒｏｇｒａｍ．ｐｄｆ 公開者：学会事務局 内容：国際学会ＭＥＭＳ２０１８（Ｔｈｅ ３１ｓｔ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）のＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｇｒａｍにおけるアブストラクト

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 １．ウェブ掲載日：平成３０年１月１１日 掲載アドレス：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｍｓ２０１８．ｏｒｇ／ｐｒｏｇｒａｍ／ＭＥＭＳ２０１８＿ＦｉｎａｌＰｒｏｇｒａｍ．ｐｄｆ 公開者：竹井裕介、吉田学、竹下俊之、小林健 内容：国際学会ＭＥＭＳ２０１８（Ｔｈｅ ３１ｓｔ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）のＦｉｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｇｒａｍにおけるアブストラクト

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(72)【発明者】

【氏名】竹井 裕介

(72)【発明者】

【氏名】吉田 学

(72)【発明者】

【氏名】小林 健

(72)【発明者】

【氏名】竹下 俊弘

【審査官】宮崎 敏長

(56)【参考文献】

【文献】特表２００２－５１７２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１７６２８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０５２４７９４５（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３０６３７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３２０９９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２４３２０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｎ １／０４

Ａ６１Ｎ １／０８

Ａ６１Ｎ １／３６ － Ａ６１Ｎ １／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、
伸縮性を有するシート体と、
前記シート体上に設けられた少なくとも２つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、該少なくとも２つの電極と、
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも２つの電極の間に配置される歪検出素子であって、該少なくとも２つの電極の配列方向に対して垂直な方向に沿って複数配置されてなる該歪検出素子と、
前記シート体上に設けられ、前記電極と入力端とを電気的に接続する配線膜を有する電気信号配線部と、
前記シート体上に設けられ、前記複数の歪検出素子と出力端とを電気的に接続する他の配線膜を有し、前記歪みに対応する信号を出力する歪検出配線部と、
を備え、
前記配線膜および前記他の配線膜の少なくとも一方が前記シート体上を蛇行して形成されてなり、
被検者の測定部に前記少なくとも２つの電極および前記複数の歪検出素子を当接させ、該少なくとも２つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記複数の歪検出素子により前記刺激に対する該測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。

【請求項2】

前記複数の歪検出素子の各々は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗膜である、請求項１記載のデバイス。

【請求項3】

前記複数の歪検出素子の各々は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて圧電効果により起電力が生じる、請求項１記載のデバイス。

【請求項4】

前記歪検出素子は、前記少なくとも２つの電極の配列方向に沿って複数配置されてなる、請求項１～３のうちいずれか一項記載のデバイス。

【請求項5】

前記少なくとも２つの電極は、それぞれ帯状であり、その長手方向が前記少なくとも２つの電極の配列方向に対して垂直であり、
前記複数の歪検出素子は、前記少なくとも２つの電極の長手方向に沿って複数配置されてなり、
それによって、被験者の腕部または脚部を囲むように、あるいは腹筋または背筋の筋肉束に対して垂直に該電極を装着可能である、請求項１～４のうちいずれか一項記載のデバイス。

【請求項6】

電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、
伸縮性を有するシート体と、
前記シート体上に設けられた少なくとも２つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、該少なくとも２つの電極と、
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも２つの電極の間に配置される歪検出素子であって、該少なくとも２つの電極の配列方向に沿って複数配置されてなる該歪検出素子と、
前記シート体上に設けられ、前記電極と入力端とを電気的に接続する配線膜を有する電気信号配線部と、
前記シート体上に設けられ、前記複数の歪検出素子と出力端とを電気的に接続する他の配線膜を有し、前記歪みに対応する信号を出力する歪検出配線部と、
を備え、
前記配線膜および前記他の配線膜の少なくとも一方が前記シート体上を蛇行して形成されてなり、
被検者の測定部に前記少なくとも２つの電極および前記複数の歪検出素子を当接させ、該少なくとも２つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記複数の歪検出素子により前記刺激に対する該測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。

【請求項7】

前記複数の歪検出素子の各々は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗膜である、請求項６記載のデバイス。

【請求項8】

前記複数の歪検出素子の各々は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて圧電効果により起電力が生じる、請求項６記載のデバイス。

【請求項9】

電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、
伸縮性を有するシート体と、
前記シート体上に設けられた少なくとも２つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有し、平面視において十字状である該少なくとも２つの電極と、
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも２つの電極の間に配置され、平面視において四角形である歪検出素子と、
前記シート体上に設けられ、前記電極と入力端とを電気的に接続する配線膜を有する電気信号配線部と、
前記シート体上に設けられ、前記歪検出素子と出力端とを電気的に接続する他の配線膜を有し、前記歪みに対応する信号を出力する歪検出配線部と、
を備え、
複数の前記歪検出素子がマトリックス状に配置され、前記電極が、互いに隣接する４つの前記歪検出素子の間に配置され、
前記配線膜および前記他の配線膜の少なくとも一方が前記シート体上を蛇行して形成されてなり、
被検者の測定部に前記少なくとも２つの電極および前記複数の歪検出素子を当接させ、該少なくとも２つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記複数の歪検出素子により前記刺激に対する該測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。

【請求項10】

前記複数の歪検出素子の各々は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗膜である、請求項９記載のデバイス。

【請求項11】

前記複数の歪検出素子の各々は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて圧電効果により起電力が生じる、請求項９記載のデバイス。

【請求項12】

請求項１～１１のうちのいずれか一項記載のデバイスと、
前記少なくとも２つの電極に電気信号を供給し、被検者の測定部に刺激を与えることが可能な電気信号供給部と、
前記複数の歪検出素子の歪みを検出する検出部と、
前記電気信号供給部を制御する制御部と、
前記検出部からの歪みを表す信号を解析する解析部と、
を備える、計測システム。

【請求項13】

前記電気信号供給部と前記少なくとも２つの電極との間に、前記電気信号供給部と前記電極との接続を前記制御部からの第１の切換信号により切り換える第１の切換手段と、
前記複数の歪検出素子と前記検出部との間に、前記歪検出素子と前記検出部との接続を前記制御部からの第２の切換信号により切り換える第２の切換手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の切換手段および前記第２の切換手段を制御して、測定に用いる前記複数の電極および歪検出素子を選択的に切り換える、請求項１２記載の計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体に装着可能なデバイスおよび計測システムに係り、具体的には、生体に電気的な刺激を与えそれに応じた筋収縮を検出可能なデバイスおよび計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、筋肉を電気的に刺激するデバイスが筋肉トレーニングに活用されている（例えば、特許文献１参照。）。電極を皮膚に接触させて、複数の電極間に電圧パルスを印加することで、筋肉が刺激され、筋肉の収縮が生じて、運動を行ったのと同様の効果が得られるというものである。

【0003】

筋肉は電気的な刺激に応じて活動するが、この活動状況を検知する方法としてこれまでは、筋肉の収縮によって生じる電気的な信号、いわゆる筋電を検知するのが一般的であった。

【0004】

しかし、筋電は数ｍＶ（ミリボルト）の電気信号に対して、筋肉を収縮させるために必要な電気刺激は数百Ｖ（ボルト）であり、最大で５桁も電圧の大きさが異なり、かつ両方とも皮膚表面の電位を計測する必要があるため、同時に計測することは非常に困難であった。

【0005】

このような状況において、筋肉の活動状況を知るために、筋肉が収縮する際に発生する圧力波が注目されている。この圧力波は、筋音図、あるいは筋音（Ｍｅｃｈａｎｏｍｙｏｇｒａｍ（ＭＭＧ）と呼ばれている（例えば、非特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１６／１３５９９６号

【非特許文献】

【0007】

【文献】R. Aoki, Y. Takei, N. Minh-Dung, T. Takahata, K. Matsumoto, I. Shimoyama, Proc. MEMS2016, pp.356-358

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、筋肉の電気刺激とその刺激による筋肉の活動状況の検出を並行して行うことが可能な、新規で有用なデバイスおよび計測システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様によれば、電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、伸縮性を有するシート体と、上記シート体上に設けられた少なくとも２つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、上記少なくとも２つの電極と、上記シート体上に設けられ、前記少なくとも２つの電極の間に配置される歪検出素子と、を備え、被検者の測定部に上記少なくとも２つの電極および上記歪検出素子を当接させ、その少なくとも２つの電極間に電気信号を供給して上記測定部に刺激を与えることによって、上記歪検出素子により上記刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、上記デバイスが提供される。

【0010】

上記態様によれば、少なくとも２つの電極に供給された電気信号により測定部の筋肉に電気刺激を与えるとともに、その刺激による測定部に生じる歪みを歪検出素子によって検出することで筋肉の活動状況の検出を行うことが可能なデバイスが提供できる。上記態様のデバイスは、少なくとも２つの電極の間に歪検出素子が配置されているので、電気刺激により収縮した測定部の歪み（歪みの変化を含む。）を歪検出素子によって検出することで筋肉の筋音を効率よく検出できる。

【0011】

本発明の他の態様によれば、上記態様のデバイスと、上記電極に電気信号を供給し、被検者の測定部に刺激を与えることが可能な電気信号供給部と、上記歪検出素子の歪みを検出する検出部と、上記前記電気信号供給部を制御する制御部と、上記検出部からの歪みを表す信号を解析する解析部と、を備える、計測システムが提供される。

【0012】

上記態様によれば、電気信号供給部によりデバイスの少なくとも２つの電極に電気信号を測定部に供給して筋肉に電気刺激を与えるとともに、その刺激による測定部に生じる歪みに対応する歪検出素子の歪み（歪みの変化を含む。）を検出部によって検出することで筋肉の活動状況の検出を行うことが可能な計測システムが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るデバイスの（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るデバイスの歪検出素子の（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るデバイスの変形例を示す平面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るデバイスの他の変形例の（ａ）平面図、使用状態を示す（ｂ）概略図および（ｃ）断面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。

【図11】本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の作製工程図である。

【図12】本発明の一実施形態に係るデバイスの歪検出素子の作製工程図である。

【図13】本発明の一実施形態に係る計測システムの概要構成を示す図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る計測システムの変形例の概要構成を示す図である。

【図15】本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の接触抵抗の測定例を示す図である。

【図16】本発明の一実施形態に係るデバイスの実施例を示す図である。

【図17】本発明の一実施形態に係るデバイスを用いた実施例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態に係るデバイスの（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。図１（ａ）および（ｂ）を参照するに、デバイス１０は、伸縮性を有するシート体１１と、シート体１１の表面に設けられた２つの電極１２および歪検出素子１３とを含む。２つの電極１２はそれぞれその表面に複数の導電性繊維１５を有する。歪検出素子１３は、２つの電極１２の間に配置される。デバイス１０は、図１（ｂ）に示すように、２つの電極１２の導電性繊維１５および歪検出素子１３を被験者の測定部ＭＯの皮膚に接触させ、２つの電極１２間に、電気信号、例えばパルス状の電圧を印加して電気的刺激を測定部ＭＯに与える。この電気的刺激により、測定部ＭＯの筋肉全体の動きや筋繊維の振動や筋繊維自体の拡大および縮小等が発生し、それによって生じる圧力波（いわゆる、筋音）を受けた歪検出素子１３は歪みとして検出する。圧力波により皮膚が変形するので皮膚歪みとも称する。なお、電極１２および歪検出素子１３の配線部の図示は省略している。

【0016】

シート体１１は、伸縮性を有する電気的に絶縁性の材料であれば特に制限はなく、例えば、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維による織物、ウレタンなどの熱硬化性樹脂系のエラストマーによるシート、ブチルゴムなどの合成ゴムによるシート、シリコーンなどの合成高分子化合物によるシートなどを用いることができる。

【0017】

図２は、本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の断面図である。図２を図１と合わせて参照するに、電極１２は、シート体１１の表面に樹脂層１４と、一方の先端が樹脂層１４中に挿入されて保持され、他の部分が樹脂層１４から外側に露出して互いに接触する複数の導電性繊維１５とからなる。

【0018】

樹脂層１４は、シート体１１の表面に導電性繊維１５を上述した形態を形成する接着剤による層であり、可撓性を有し、例えば、シリル化ウレタン系の弾性接着剤、アクリルエマルジョンなどのエマルジョン系接着剤などを用いることができる。樹脂層１４は導電性材料でもよく、絶縁材料でもよい。樹脂層１４はシート体１１に対して接着性の高い材料が好ましく、その材料選択の幅が広い点で、導電性材料よりも絶縁材料が好ましい。

【0019】

導電性繊維１５は、例えば、カーボンナノファイバー、金属繊維、導電性高分子を被着した化学繊維、金属めっき膜を形成した金属繊維あるいは化学繊維を用いることができる。金属めっき膜の金属材料としては、銅、銀、金等の導電性の高い金属が用いることができる。導電性繊維１５は、その線径及び繊維長を適宜選択することができる。導電性繊維１５は、電極１２の導電率や電極１２の変形に対する追従性および身体に接触させる場合の柔軟性や快適性等を考慮し、例えば導電性繊維１５の線径を２０μｍ以下、繊維長を０.１ｍｍ以上０.５ｍｍ以下とする針状体となる短繊維であることが好ましい。導電性繊維１５は、電極１２に必要とされる伸縮や変形に対して安定して電極として機能するよう、その線径や繊維長に合せて単位面積当たりの本数や樹脂層１４の表面に対する角度が設定され、さらに、導電性繊維１５が延びる方向は電極１２の表面の面内方向成分が等方性あるいは所定の異方性を有するように設定される。

【0020】

電極１２は、その表面の導電性繊維１５が表面から外側に延びているので、被験者の測定部との接触が良好であり、電極１２を測定部に押しつける圧力を低減しても十分小さい接触抵抗を実現できる。さらに、電極１２は、樹脂層１４が可撓性を有するので被験者の測定部が窪んだり凹んだりしている場合でもその形状に追従可能であり、この点でも電極１２と測定部との接触抵抗を低減できる。また、電極１２は、被験者に動きがある場合に電極１２が接触する測定部の位置がずれたときでも、良好な接触状態を確保できる。また、電極１２は、測定部との密着性を確保するための粘着性シートを使用していないので、粘着性の劣化もなく、測定部に粘着成分が付着することもない。

【0021】

図３は、本発明の一実施形態に係るデバイスの歪検出素子の（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。図３（ａ）および（ｂ）を参照するに、歪検出素子１３は、フレキシブル基板１８と、その上に、歪検出膜１９と、歪検出膜１９上の両端に形成された電極２０と、電極２０と電気的に接続するための導電性ペースト２１および電極２２と、これらを覆う保護層２３を含む。

【0022】

歪検出膜１９は、例えば、歪みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を示す材料を用いることができる。ピエゾ抵抗効果を示す材料として、半導体材料であることが好ましく、例えば、ｐ型シリコン層にｎ型ドーパントであるＰ（リン）またはＡｓ（ヒ素）をイオン注入したシリコンピエゾ抵抗膜を用いることが好ましい。このようなピエゾ抵抗効果を示す半導体材料では、歪みに対する電気抵抗の変化率、いわゆるゲージ率が、金属材料により形成した歪ゲージよりも数十倍高く、さらに時間分解能に優れているので金属材料により形成した歪ゲージよりよりも高い周波数の歪み変化を検出できる。また、シリコンピエゾ抵抗膜は、薄膜、例えば厚さ５μｍなので、可撓性に優れ、被験者の測定部の形状およびその変化に応じて良好な接触状態を確保できる。

【0023】

なお、歪検出膜１９としてｎ型ドーパントを注入したｐ型シリコン層であるドープトシリコン層を用いる場合、その下地層として、図３（ｂ）に示すように、シリコン層２５を用いることができる。歪検出膜１９にピエゾ抵抗効果を示す材料を用いた場合、歪検出素子１３には、ホイートストンブリッジ（不図示）が接続され、歪みによる抵抗変化を検出する。

【0024】

歪検出膜１９として、圧電効果を示す材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いてもよい。圧電効果を示す材料は、外部からの応力により起電力を生じるので、その起電力により結果的に歪みを検出可能である。

【0025】

フレキシブル基板１８は、可撓性を有する材料からなる。フレキシブル基板１８は、例えば、プラスチック基板、紙、布、ガラス、シリコン薄膜などを用いることができる。プラスチック基板としては、例えば、極性基のついたポリノルボルネン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミドなどを用いることができる。ガラスおよびシリコン薄膜は厚さが５０μｍ以下であることが、可撓性が良好である点で好ましい。

【0026】

電極２０，２２は、導電性材料からなり、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属または合金や塗布した導電性ペーストを用いることができる。

【0027】

導電性ペースト２１は、上述した金属の粉末を含むペーストであり、硬化あるいは乾燥後に伸縮性（ストレッチャブル性）を有する材料、例えば、ストレッチャブル導電性接着剤を用いてもよい。

【0028】

保護層２３は、絶縁材料からなり、可撓性を有することが好ましい。保護層２３は、例えば、ウレタンなどの熱硬化性樹脂系のエラストマー、ブチルゴムなどの合成ゴム、シリコーンなどの合成高分子化合物を用いることができる。

【0029】

上記の図１～図３を参照して述べたように、本実施形態に係るデバイス１０は、伸縮性を有するシート体１１と、その上に設けられた、可撓性の樹脂層１４に形成された複数の導電性繊維１５を有する電極と、フレキシブル基板１８上に形成された薄膜の歪検出膜１９を有する歪検出素子１３とを含んでいる。このようにデバイス１０は柔軟な素材で構成されているので、衣服やパッチなどに装着可能であり、ウェアラブル・デバイスとして使用可能である。また、デバイス１０は、２つの電極１２に供給された電気信号により測定部ＭＯの筋肉に電気刺激を与えるとともに、その刺激による測定部ＭＯに生じる歪みを歪検出素子１３によって検出することで筋肉の活動状況の検出を行うことが可能である。また、デバイス１０は、２つの電極１２の間に歪検出素子１３が配置されているので、電気刺激により収縮した測定部ＭＯの歪みを歪検出素子１３によって検出することで筋肉の筋音を効率よく検出できる。

【0030】

なお、電極１２に電気信号を供給する電気信号配線部（不図示）とその入力端をシート体１１上に設けることができる。電気信号配線部は、シート体１１の面上において、電極１２と入力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する配線膜を有する。デバイス１０を被検者の測定部に装着した際に電気信号配線部に引張応力が印加されても構造的に伸長することができる。

【0031】

また、歪検出素子１３から歪み対応する信号を出力する歪検出配線部（不図示）とその出力端をシート体１１上に設けることができる。歪検出配線部は、シート体１１の面上において、歪検出素子１３の電極２２と出力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する配線膜を有する。デバイス１０を被検者の測定部に装着した際に歪検出配線部に引張応力が印加されても構造的に伸長することができる。

【0032】

図４は、本発明の一実施形態に係るデバイスの変形例を示す平面図である。図４（ａ）～（ｃ）を参照するに、デバイス４０，４１，４２は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた２つの電極１２と、２つの電極１２の間に配置される複数の歪検出素子１３とを含む。

【0033】

図４（ａ）に示すデバイス４０は、３つの歪検出素子１３を有しており、その歪検出素子１３が２つの電極１２の配列方向に対して垂直に配列されている。これにより、３つの歪検出素子１３を多数の筋繊維に対して垂直に配置されるようにデバイス４０を装着することで、筋肉全体の動きを検出することができる。なお、歪検出素子１３は、２つでもよく、４つ以上でもよい。

【0034】

図４（ｂ）に示すデバイス４１は、３つの歪検出素子１３を有しており、その歪検出素子１３が２つの電極１２の配列方向に沿って配列されている。これにより、３つの歪検出素子１３を筋繊維の長さ方向に沿って配置されるようにデバイス４１を装着することで、筋繊維の部分的な拡大・縮小を検出することができる。なお、歪検出素子１３は、２つでもよく、４つ以上でもよい。

【0035】

図４（ｃ）に示すデバイス４２は、９つの歪検出素子１３を有しており、その歪検出素子１３が２つの電極１２の配列方向に沿って配列されるとともにそれに対して垂直な方向にも配列され、すなわち、３行３列のマトリックス状に配置されている。これにより、デバイス４０とデバイス４１の作用および効果を同時に得ることができる。なお、歪検出素子１３は、行および列の数は２つでもよく、４つ以上でもよく、互いに異なってもよい。

【0036】

図５は、本発明の一実施形態に係るデバイスの他の変形例の（ａ）平面図、使用状態を示す（ｂ）概略図および（ｃ）断面図である。図５（ａ）を参照するに、デバイス５０は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた２つの電極５２と、２つの電極５２の間に配置される歪検出素子１３とを含む。２つの電極５２は、それぞれ帯状であり、その長手方向が電極５２の配列方向に対して垂直である。歪検出素子１３は、電極５２の長手方向に沿って複数配置されている。なお、電極５２は、図２に示した電極１２と同様の構成を有する。

【0037】

図５（ｂ）を参照するに、デバイス５０は、被験者の上腕部ＵＡを囲むようにして、２つの電極５２および歪検出素子１３が上腕部ＵＡの皮膚に接触するように装着する。この際、デバイス５０の２つの電極５２のそれぞれが上腕部ＵＡの筋肉の長手方向に対して垂直になるように装着する。これにより、図５（ｃ）に示すように、上腕部ＵＡの上腕骨ＨＵの周囲の筋肉ＭＳ、例えば、上腕筋、上腕二頭筋、上腕三頭筋等の複数の筋肉を帯状の電極５２により同時に電気的刺激を与えることができ、それらの筋肉ＭＳの収縮、筋音等を上腕部ＵＡを囲むように配置した多数の歪検出素子１３によって検出できる。なお、デバイス５０は、シート体１１の端部を互いに固定して装着してもよく、デバイス５０を覆うサポータ（不図示）等を使用して圧力をかけてもよい。

【0038】

なお、デバイス５０は、上腕部ＵＡの他に、前腕部や脚部を囲むように装着してもよく、さらに腹筋または背筋の筋肉束に対して帯状の電極５２が垂直になるように装着して、帯状の電極５２に沿って配置された歪検出素子１３によって幅広い筋肉束の部分的な収縮を個別に測定できる。

【0039】

図６は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。図６（ａ）および（ｂ）を参照するに、デバイス６０は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた３つの電極６２～６４を含む。電極６２～６４は、それぞれ、歪検出素子１３と、歪検出素子１３を囲むように設けた複数の導電性繊維１５を有する。電極６２～６４の導電性繊維１５および歪検出素子１３を被検者の測定部ＭＯに接触させる。電極６２～６４は、３つが一方向に配列されおり、３つの電極６２～６４のうち、両側の２つ電極６２，６４の導電性繊維１５に電気信号を供給して測定部ＭＯに刺激を与え、電極６３の歪検出素子１３により刺激に対する測定部ＭＯの歪みおよび歪みの変化を検出できる。

【0040】

図７は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。図７を参照するに、デバイス７０は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられたマトリックス状に配置された電極７２_i,j（但し、ｉおよびｊはそれぞれ行、列を示す添字（自然数）であり、ｉ＝１～３およびｊ＝１～４である。）を含む。電極７２_i,jは、それぞれ、図６に示した電極６２～６４と同様の構造を有する。

【0041】

デバイス７０は、左右両側にある、電極７２_i,1と電極７２_i,4（ｉ＝１～３）との間にパルス状の電気信号を供給することで、電極７２_i,2および７２_i,3（ｉ＝１～３）が有する歪検出素子１３により主に列方向に沿った筋繊維の拡大・縮小を検出することができる。また、デバイス７０は、上下にある、電極７２_1,jと電極７２_3,j（j＝１～４）との間にパルス状の電気信号を供給することで、電極７２_2,j（j＝１～４）が有する歪検出素子１３により主に行方向に沿った筋繊維の拡大・縮小による歪みを検出することができる。さらに、パルス状の電気信号を供給する電極７２_i,jを上記の２方向を交互に切り換えたり、互いに斜め方向の電極７２_i,jに供給したりすることで、より複雑な筋繊維の拡大・縮小や筋肉全体の動きを歪検出素子１３により検出できる。

【0042】

図８は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。図８（ａ）を参照するに、デバイス８０は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた２つの電極８２と、２つの電極８２の間に配置される歪検出素子１３とを含む。２つの電極８２は、歪検出素子１３を囲むように配置される。このように電極８２を配置することで、パルス状の電気信号を電極８２間に供給して、スポット状の範囲の測定部の筋肉の部分の動きを歪検出素子１３により検出できる。

【0043】

図８（ｂ）を参照するに、デバイス８１は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた４つの電極８２₁～８２₄と、４つの電極８２₁～８２₄に囲まれた歪検出素子１３とを含む。歪検出素子１３は、平面視四角形であり、電極８２₁～８２₄は歪検出素子１３の四隅のそれぞれに隣接し、その隅の形状に沿ったかぎ形の辺を有する。デバイス８１は、４つの電極８２₁～８２₄のうちの少なくとも２つにパルス状の電気信号を供給して、測定部の筋肉の部分の動きを歪検出素子１３により微視的に検出できる。

【0044】

図９は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。図９を参照するに、デバイス９０は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた複数の電極９２と、歪検出素子１３とを含む。平面視において、電極９２は十字状であり、歪検出素子１３は四角形である。複数の歪検出素子１３がマトリックス状に配置され、電極９２が互いに隣接する４つの歪検出素子１３の間あるいは中央に配置される。これにより、デバイス９０は、電極９２と歪検出素子１３とを密に配置することができ、筋音の音源定位、つまり、複数の筋肉組織が束なった生体部位の中で収縮した筋肉を筋音によって特定が可能となる。

【0045】

図１０は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の（ａ）平面図および（ｂ）使用状態を示す断面図である。図１０（ａ）および（ｂ）を参照するに、デバイス１００は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた３つの電極１０２～１０４を含む。電極１０２～１０４は、歪検出素子１３と、歪検出素子１３を覆うように設けた複数の導電性繊維１５を有する。歪検出素子１３は、図２に示した樹脂層１４とその上の導電性繊維１５に覆われているが、樹脂層１４が可撓性を有するので、樹脂層１４に保持された複数の導電性繊維１５が被験者の測定部の皮膚の歪の変化に対して追従できるので、被験者の測定部の歪みおよび歪みの変化が樹脂層１４および導電性繊維１５を介して歪検出素子１３に反映される。それによって、歪検出素子１３は被験者の測定部ＭＯの歪み変化を検出できる。

【0046】

デバイス１００は、電極１０２～１０４は、３つが一方向に配列されおり、複数の導電性繊維１５を被検者の測定部ＭＯに接触させる。３つの電極１０２～１０４のうち、両側の２つ電極１０２，１０４の導電性繊維１５に電気信号を供給して測定部ＭＯに刺激を与える。電極１０３の歪検出素子１３により刺激に対する測定部ＭＯの歪み変化を検出できる。

【0047】

図１１は、本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の作製工程図である。以下、図１１の（ａ）～（ｃ）の工程図を参照しつつ電極の作製方法を説明する。

【0048】

図１１(ａ)の工程では、シート体１１の上に樹脂層１４を形成するために、電極１２を形成する領域に接着剤１４ａを塗布する。例えば、電極の形状の開口部１１０ａを有するマスク１１０を用いて、スキージ１１１により接着剤１４ａを開口部１１０ａに塗布する。接着剤１４ａのパターニングにおいては、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法、ディスペンシング法、スプレーコート法、インクジェット法などを用いることができる。樹脂層１４の厚さは、導電性繊維１５を植設可能な厚さ、例えば、１０～１０００μｍが好ましい。

【0049】

次いで、図１１(ｂ)の工程では、マスク１１０を取り除き、静電スプレー法により導電性繊維１５を接着剤１４ａを形成した面に吹き付ける。具体的には、シート体１１をアースした電極１１２に置き、静電スプレーガン１１３に電圧を印加した状態で、静電スプレーガン１１３から帯電した導電性繊維１５をシート体１１および接着剤１４ａの上に噴射する。導電性繊維１５は、電気力線ＦＬに沿って接着剤１４ａの層に入射する。この際、導電性繊維１５は、静電スプレーガン１１３の噴射による運動エネルギーと、静電スプレーガン１１３と電極１１２との電位差による静電力により、その一端が接着剤１４ａの層に植設される。静電スプレー法の他に、スプレーコート法や静電植毛法などの公知の方法を用いてもよい。

【0050】

次いで、図１１(ｃ)の工程では、接着剤１４ａを硬化させて樹脂層１４を形成する。シート体１１の表面に直接噴射された導電性繊維１５をバキュームクリーナ１１４で吸引して除去する。弱粘着ローラーなどを用いて除去してもよい。これによって、複数の導電性繊維１５を有する電極１２が形成される。

【0051】

なお、電極１２からの配線部（不図示）を先の図１１（ｂ）の工程でシート体１１の表面に電極１２と同様にして形成し、配線部を覆う絶縁膜（不図示）を形成してもよい。絶縁膜は、絶縁シートや、絶縁ペーストを用いることができる。

【0052】

図１２は、本発明の一実施形態に係るデバイスの歪検出素子の作製工程図である。図１２の（ａ）～（ｅ）は、それぞれ左側が平面図、右側が断面図である。以下、図１２の（ａ）～（ｅ）の工程図を参照しつつ歪検出素子の作製方法を説明する。

【0053】

図１２(ａ)の工程では、シリコン基板１２１上にシリコン酸化膜１２２を形成し、さらにその上にシリコン層２５ａを形成する。厚さは、例えば、シリコン基板１２１が５００μｍ、シリコン酸化膜１２２が２μｍ、シリコン層２５ａが５μｍである。シリコン酸化膜１２２およびシリコン層２５ａは公知の方法を用いて形成することができる。さらに、シリコン層２５ａの表面にドープトシリコン層１２３ａを形成する。ドープトシリコン層１２３ａは、例えば、イオン注入法によりｐ型シリコン層にｎ型ドーパントである、例えばＰ（リン）を注入して形成する。さらに、ドープトシリコン層１２３ａを、シリコンピエゾ抵抗膜となる部分の周囲をシリコン酸化膜１２２の表面に達するまでエッチングする。これによりシリコンピエゾ抵抗膜１２３が形成され、さらに、シリコンピエゾ抵抗膜１２３の両端に、電極２０を形成する。これにより、電極２０を有するシリコンピエゾ抵抗膜１２３が形成される。これは、図３で示した歪検出膜１９とその上に形成された電極２０に対応する。シリコンピエゾ抵抗膜１２３は、例えば、２つの電極２０を結ぶ方向の長さが５ｍｍ、幅が１ｍｍ、厚さが５μｍである。

【0054】

次いで、図１２(ｂ)の工程では、シリコン基板１２１の底面からシリコン酸化膜１２２までをパターンエッチングにより除去する。これにより、シリコンピエゾ抵抗膜１２３とそれを支持する部分を残す。

【0055】

次いで、図１２(ｃ)の工程では、コレット１２４によりシリコンピエゾ抵抗膜１２３を吸引して保持し、さらに支持する部分から分離する。

【0056】

次いで、図１２(ｄ)の工程では、シリコンピエゾ抵抗膜１２３を電極２２が形成されたフレキシブル基板１８、例えばポリイミド板に接着剤２６により接着する。

【0057】

次いで、図１２(ｅ)の工程では、導電性ペースト（あるいは導電性接着剤）２１を用いてシリコンピエゾ抵抗膜１２３の電極２０とフレキシブル基板１８の電極２２とを接続する。さらに、シリコンピエゾ抵抗膜１２３と、導電性ペースト２１と、フレキシブル基板１８の電極２２の一部あるいは全部を覆うように保護層２３を形成する。以上により、シリコンピエゾ抵抗膜の歪検出素子１３が作製される。なお、図１２(ｅ)の左側は保護層２３を省略して示している。

【0058】

なお、圧電特性を示す材料を歪検出膜とする歪検出素子を作製する場合は、図１２(ａ)の工程において、シリコン層上に、例えばゾルゲル法によりＰＺＴ層を形成すればよく、有機金属気相成長法によりＡｌＮ層を形成すればよい。

【0059】

図１３は、本発明の一実施形態に係る計測システムの概要構成を示す図である。図１３を参照するに、計測システム１３０は、デバイス１０と、デバイス１０の電極１２に接続され、電極１２に電気信号を供給して被検者の測定部ＭＯに刺激を与える電気信号供給部１３１と、歪検出素子１３に接続され、歪検出素子１３の歪みを検出する歪み信号検出部１３２と、電気信号供給部１３１および歪み信号検出部１３２に接続され、電気信号供給部１３１を制御する制御部１３３と、電気信号供給部１３１および歪み信号検出部１３２に接続される信号解析部１３４を含む。

【0060】

電気信号供給部１３１は、様々な波形、電圧、信号幅および周波数の電気信号、例えば、電圧数百ボルト、パルス時間幅数百μｓ（μ秒）の単発あるいは繰り返しのパルス波を供給することが可能であり、そのパルスが２つの電極１２間に印加される。パルス波は、極性がプラス側だけの信号でもよく、マイナス側だけの信号でもよく、プラスおよびマイナス側の両方の信号でもよい。電気信号は、方形波でもよく、正弦波でもよく、スパイク状でもよい。電気信号供給部１３１は、例えば、ファンクション・ジェネレータ、パルス・ジェネレータ等の電気信号発生機を用いることができる。電気信号供給部１３１は、電気信号をモニターするための信号を信号解析部１３４に出力する。

【0061】

歪み信号検出部１３２は、歪検出素子１３からの歪みに対応する信号を検出する。歪検出素子１３が、ピエゾ抵抗効果を示す歪検出膜１９を用いている場合は、歪み信号検出部１３２はホイートストンブリッジ（不図示）を含み、ホイートストンブリッジの４つの抵抗素子のうちの一つを歪検出膜１９として、歪検出膜１９の抵抗変化から歪みを検出する。歪検出素子１３が、圧電特性を示す歪検出膜１９を用いている場合は、歪み信号検出部１３２は歪検出膜１９が発生する起電力から歪みを検出する。歪み信号検出部１３２は検出した歪みを歪み信号（電気信号）として信号解析部１３４に出力する。なお、歪み信号検出部１３２は、歪み信号を増幅する増幅器（アンプ）を備えてもよい。なお、図１３では、歪検出素子１３から歪み信号検出部１３２の信号線が１本に省略して示されているが、図３で示したように、歪検出素子１３の電極は２つあるので信号線は２本となる。

【0062】

制御部１３３は、電気信号供給部１３１に刺激のための電気信号の電圧、パルス幅、出力タイミング等を制御信号を出力する。制御部１３３は、歪み信号検出部１３２が歪検出素子１３からの歪みに対応する信号を検出するタイミングを制御してもよい。制御部１３３は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。

【0063】

信号解析部１３４は、歪み信号検出部１３２からの歪み信号を受け、歪みの変化を解析することができる。信号解析部１３４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、オシロスコープ、スペクトルアナライザ等を用いることができる。ＰＣは制御部１３３のＰＣを用いてもよい。さらに信号解析部１３４と制御部１３３とを接続して、信号解析部１３４は、その解析結果に応じて、測定部ＭＯのトレーニング効果や治療効果を高めるために、あるいは測定部ＭＯの分析をより進めるために、刺激のための電気信号の電圧、パルス幅、出力タイミング等の変更・更新情報を制御部１３３に送信してもよい。制御部１３３はこれに応じて刺激のための電気信号の制御を行うことができる。

【0064】

デバイス１０は、先の図１に示したデバイス１０である。デバイス１０の代わりに先に示した変形例のデバイス４１～４２，５０，６０，７０，８０，９０，１００のいずれかを用いることができる。さらに、これらのデバイスを組み合わせて用いてもよい。

【0065】

本実施形態によれば、計測システム１３０は、電気信号供給部１３１によりデバイス１０の電極１２に刺激のための電気信号を供給し、歪検出素子１３で検出した歪み（筋音）を、歪み信号検出部１３２により歪み信号として信号解析部１３４に送り、信号解析部１３４で刺激のための電気信号とそれに応じた測定部ＭＯの筋肉全体の動きや筋繊維の振動や筋繊維自体の拡大および縮小等を解析できる。

【0066】

図１４は、本発明の一実施形態に係る計測システムの変形例の概要構成を示す図である。図１４を参照するに、計測システム１４０は、デバイス１４５が先の図７のデバイス７０あるいは図９のデバイス９０のような多数の電極および歪検出素子を含むものであり、ここでは、図７の電極７２_i,jにおいて一行の電極が６個の場合の例を用いて説明する。電極１４２₁～１４２₆は、それぞれ、歪検出素子１３₁～１３₆を有している。

【0067】

計測システム１４０は、電気信号供給部１３１と電極１４２₁～１４２₆との間に、電気信号供給部１３１から供給される刺激のための電気信号の供給先を切り換えるための電極切換部１４１を含む。電極切換部１４１は制御部１３３と接続されており、制御部１３３から電極１４２₁～１４２₆の切換制御信号を受けて、２つあるいは３つ以上の電極１４２₁～１４２₆を選択的に接続する。

【0068】

計測システム１４０は、歪検出素子１３₁～１３₆と歪み信号検出部１３２との間に、歪検出素子１３₁～１３₆からの歪みに対応した信号の供給先を切り換えるための歪検出素子切換部１４３を含む。歪検出素子切換部１４３は制御部１３３と接続されており、制御部１３３から歪検出素子１３₁～１３₆の切換制御信号を受けて、１つあるいは２つ以上の歪検出素子１３₁～１３₆を選択的に接続する。

【0069】

制御部１３３は、電極１４２₁～１４２₆の切換制御信号および歪検出素子１３₁～１３₆の切換制御信号を生成する。これにより、計測システム１４０が被検者の測定部ＭＯの位置を選択的に、あるいは走査しながら、電気信号による刺激に対する測定部ＭＯの歪み変化を検出できる。なお、計測システム１４０が図９に示すデバイス９０を含む場合も同様にして測定が可能であり、本明細書に記載の他のデバイスにも適用できる。

【0070】

図１５は、本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の接触抵抗の測定例を示す図である。図１５（ａ）を参照するに、デバイス１５０は、ポリエステル布をシート体１１として、その表面に電極１２を形成してあり、電極１２の表面の導電性繊維と皮膚との接触抵抗を測定することを目的として図１の歪検出素子１３を省略したものである。

【0071】

電極１２は、導電性繊維として、銀メッキを表面に形成した化学繊維を切断して０.５ｍｍ～３ｍｍの長さにしたものを用いた。電極１２は、それぞれ長さ（２つの電極を結ぶ方向）が７０ｍｍ、幅が７０ｍｍであり、２つの電極は２５ｍｍ離隔している。

【0072】

図１５（ｂ）を参照するに、デバイス１５０の電極を皮膚ファントムに種々の圧力で接触させ、その際の２つの電極間の電気抵抗、すなわち、電極－皮膚―電極間の電気抵抗を圧力に対して測定したグラフを示す。圧力をかけない状態では、４.８ＭΩに対して圧力を増加させるにつれて抵抗値は低下した。これにより、電極１２と皮膚との間の接触抵抗が低減されていることが分かる。比較例として電極１２を導電性ゲルにより皮膚ファントムに密着させて測定した電気抵抗値は１ＭΩであり、これは、デバイス１５０の２０ｈＰａの圧力をかけた場合に相当する。２０ｈＰａの圧力は、フォームや姿勢を良くするために適度に身体全体や脚部を圧迫するスポーツウェアの通常の圧力である。これらのことから、デバイス１５０の電極１２は、刺激の電気信号を印加するために実用に適していることが明らかである。

【0073】

図１６は、本発明の一実施形態に係るデバイスの実施例を示す図である。図１６を参照するに、デバイス１６０は、シート体１１と、シート体１１の表面に設けられた２つの電極１２および歪検出素子１３とを含む。シート体１１が伸縮性を有するポリエステル布であり、長さ（２つの電極を結ぶ方向）が１２０ｍｍ、幅が６０ｍｍである。電極１２は、図１５の測定例と同様の電極を用い、長さ、幅とも５０ｍｍである。歪検出素子１３は、長さ５ｍｍ、幅１ｍｍ、厚さ５μｍのシリコンピエゾ抵抗膜を用いた。また、歪検出素子１３の歪みに対応する信号を取り出すための電極２２を歪検出素子の電極から約１０ｍｍ離隔して設けた。

【0074】

図１７は、本発明の一実施形態に係るデバイスを用いた実施例を示す図である。本実施例では、図１６に示したデバイス１６０を用いて、電極への電気信号を、市販の筋肉電気刺激（ＥＭＳ）装置（東レインターナショナル社トレリート（登録商標）ＥＭ３００）を用いて供給し、歪検出素子１３の歪みをホイートストンブリッジを用いて検出し、増幅器によって増幅してオシロスコープにより刺激のための電気信号波形と歪波形を取得した。図１７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、左側に刺激のための電気信号波形を示し、右側には、刺激のための電気信号波形と歪検出素子からの皮膚歪み（ΔＬ／Ｌ）の変化を表す波形を、両方のタイミングの通りに示している。なお、Ｌはシリコンピエゾ抵抗膜の電極間の距離である。デバイス１６０は、被検者の右腕の上腕部にその長手方向に離隔して電極が配置され、歪検出素子は上腕二頭筋上の皮膚に接触するように装着した。デバイス１６０の上からサポータを装着して皮膚への圧力を設定した。

【0075】

図１７（ａ）を参照するに、プラス側３３７Ｖ、マイナス側３１６Ｖの時間幅それぞれ０.１ｍｓの電気信号（周波数５Ｈｚ）を電極に印加すると、４０ｍｓ後に筋肉の収縮が始まること、上腕二頭筋による皮膚歪み（ΔＬ／Ｌ）の変化量が１.３３×１０^-3生じることが分かる。

【0076】

図１７（ｂ）を参照するに、プラス側４１５Ｖ、マイナス側３７８Ｖの幅それぞれ０.１ｍｓの電気信号（周波数５Ｈｚ）を電極に印加すると、３３ｍｓ後に筋肉の収縮が始まること、上腕二頭筋による皮膚歪み（ΔＬ／Ｌ）の変化量が３.６４×１０^-3生じることが分かる。このことおよび先の図１７（ａ）の結果から、印加する電気信号の電圧を高くすると、筋肉の収縮が早く始まり、かつ皮膚歪み（ΔＬ／Ｌ）が増加するので筋肉の収縮量が増加していることが分かる。

【0077】

図１７（ｃ）を参照するに、図１７（ａ）と同じ電圧および時間幅の刺激のための電気信号を８０Ｈｚで電極に印加すると、皮膚歪み（ΔＬ／Ｌ）がほぼ２.０×１０^-3付近でほぼ一定となり変化量が０.３×１０^-3となってかなり減少することが分かる。また、皮膚歪み（ΔＬ／Ｌ）の変化の周波数は６０Ｈｚとなり電気信号の８０Ｈｚに追従しないことが分かる。これらのことより、８０Ｈｚの電気信号により上腕二頭筋が収縮したままになっていることが分かる。

【0078】

以上の実施例から、図１６に示したデバイス１６０は、電極１２による刺激のための電気信号の測定部への印加と、測定部の歪みの検出を並行して行うことができることがわかった。また、サポータの程度の圧力により電極１２が測定部に十分に接触して電気信号を印加可能であること、上腕部のように立体的な形状の測定部の歪みが検出できることが分かった。このことから、デバイス１６０はウェアラブルであり、衣服やパッチなどに装着しても測定が可能であることが分かった。

【0079】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0080】

なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
（付記１）電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、
伸縮性を有するシート体と、
前記シート体上に設けられた少なくとも２つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、該少なくとも２つの電極と、
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも２つの電極の間に配置される歪検出素子と、を備え、
被検者の測定部に前記少なくとも２つの電極および前記歪検出素子を当接させ、該少なくとも２つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記歪検出素子により前記刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。
（付記２）前記歪検出素子は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗膜である、付記１記載のデバイス。
（付記３）前記歪検出素子は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて圧電効果により起電力が生じる、付記１記載のデバイス。
（付記４）前記歪検出素子は、前記少なくとも２つの電極の配列方向に対して垂直な方向に沿って複数配置されてなる、付記２または３記載のデバイス。
（付記５）前記歪検出素子は、前記少なくとも２つの電極の配列方向に沿って複数配置されてなる、付記２または３記載のデバイス。
（付記６）前記少なくとも２つの電極は、それぞれ帯状であり、その長手方向が前記少なくとも２つの電極の配列方向に対して垂直であり、
前記歪検出素子は、前記少なくとも２つの電極の長手方向に沿って複数配置されてなり、
それによって、被験者の腕部または脚部を囲むように、あるいは腹筋または背筋の筋肉束に対して垂直に該電極を装着可能である、付記２～５のうちいずれか一項記載のデバイス。
（付記７）前記電極は、前記歪検出素子とそれを囲むように設けた複数の導電性繊維を有してなり、
前記電極は、少なくとも３つが一方向に配列され、該少なくとも３つの電極のうちの２つの電極の前記複数の導電性繊維に電気信号を供給して前記測定部に刺激を与え、該２つの電極の間の他の電極の歪検出素子により該刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、付記１～５のうちいずれか一項記載のデバイス。
（付記８）前記一方向に対して垂直な方向に配列された前記電極をさらに有する、付記７記載のデバイス。
（付記９）前記少なくとも２つの電極は、前記歪検出素子を囲むように配置される、付記１～８のうちいずれか一項記載のデバイス。
（付記１０）前記歪検出素子は平面視四角形であり、２つの前記電極は平面視コ状であり、
前記２つの電極は、コ状の開口部を互いに相対してその開口部内に前記歪検出素子が配置される、付記９記載のデバイス。
（付記１１）前記歪検出素子は平面視四角形であり、
前記歪検出素子の四隅のそれぞれに隣接し、該隅の形状に沿ったかぎ形の辺を有する４つの前記電極が配置される、付記９記載のデバイス。
（付記１２）平面視において、前記電極は十字状であり、前記歪検出素子は四角形であり、
複数の前記歪検出素子がマトリックス状に配置され、前記電極が、互いに隣接する４つの前記歪検出素子の間に配置される、付記１～８のうちいずれか一項記載のデバイス。
（付記１３）前記電極は、前記歪検出素子とそれを覆うように設けた複数の導電性繊維を有してなり、
前記電極は、少なくとも３つが一方向に配列され、該少なくとも３つの電極のうちの２つの電極の前記複数の導電性繊維に電気信号を供給して前記測定部に刺激を与え、該２つ電極の間の他の電極の歪検出素子により該刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、付記１～５のうちいずれか一項記載のデバイス。
（付記１４）前記シート体上に設けられた、前記電極に電気信号を供給する第１の配線部およびその入力端をさらに備え、
前記第１の配線部は、前記シート体の面上において、前記電極と入力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する第１の配線膜を有する、付記１～１３のうちいずれか一項記載のデバイス。
（付記１５）前記シート体上に設けられた、前記歪検出素子の信号を伝送する第２の配線部およびその出力端をさらに備え、
前記第２の配線部は、前記シート体の面上において、前記歪検出素子と出力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する第２の配線膜を有する、付記１～１４のうち記載のデバイス。
（付記１６）付記１～１５のうちのいずれか一項記載のデバイスと、
前記電極に電気信号を供給し、被検者の測定部に刺激を与えることが可能な電気信号供給部と、
前記歪検出素子の歪みを検出する検出部と、
前記電気信号供給部を制御する制御部と、
前記検出部からの歪みを表す信号を解析する解析部と、
を備える、計測システム。
（付記１７）前記電気信号供給部と前記電極との間に、前記電気信号供給部と前記電極との接続を前記制御部からの第１の切換信号により切り換える第１の切換手段と、
前記歪検出素子と前記検出部との間に、前記歪検出素子と前記検出部との接続を前記制御部からの第２の切換信号により切り換える第２の切換手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の切換手段および前記第２の切換手段を制御して、測定に用いる前記複数の電極および歪検出素子を選択的に切り換える、付記１６記載の計測システム。

【符号の説明】

【0081】

１０，３０，４０～４２，５０，６０，７０，８０，９０，１００，
１３０，１４５ デバイス
１１ シート体
１２，５２，６２～６４，７２_i,j，８２，８２₁～８２₄，９２，
１０２～１０４，１４２₁～１４２₆ 電極
１３，１３₁～１３₆ 歪検出素子
１５ 導電性繊維
１８ フレキシブル基板
１９ 歪検出膜
２０，２２ 電極
２１ 導電性ペースト
１３０，１４０ 計測システム
１３１ 電気信号供給部
１３２ 歪み信号検出部
１３３ 制御部
１３４ 信号解析部
１４１ 電極切換部
１４３ 歪検出素子切換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】