JP5117829B2 - 筋緊張緩和装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気治療技術に関し、特に筋に電気信号を印加することにより、筋の緊張を緩和させる技術に関する。

筋（筋肉）の力の入れ具合、いわゆる緊張度は、神経パルスにより刺激された筋細胞膜が興奮することで起こる。この興奮を生体から電気的に計測したものが筋電信号である。
筋電信号の時間的、あるいは空問的な分布を測定し、筋神経系の障害に対する診断やリハビリへ応用された医療分野における例（例えば、非特許文献１など参照）、あるいはスポーツ活動時の筋の活性状況をモニタすることで運動を解析するスポーツ科学への適用例（例えば、非特許文献２など参照）などが報告されている。

これらは、筋表面に電極パットを貼り、皮膚表面で測定される微弱な筋電信号を差動増幅回路等の手段で増幅し、部位ごとの信号強度や周波数成分の変化を対象となる部位の動作と関連づけながら調べることで行われている。
さらに、測定した筋電信号を模範となるモデルと比較し、差分を刺激として測定対象にフィードバックすることで運動学習を行う例（例えば、特許文献１など参照）がある。

一方、音響分野の技術として、周りの騒音をマイクロホンで検出し、それと逆位相の音響信号を生成してへッドフォン内部のスピーカーを駆動することで、環境騒音を打ち消すノイズキャンセルへッドホン（例えば、非特許文献３など参照）が提案されている。

特開平７−３６３６２号公報 星宮望他、「筋運動制御系」、MBEトピックシリーズ第3巻、株式会社昭晃堂、pp19-29、1993年初版発行 スポーツ科学研究、３、pp18-29、2006年 http://www.audio-technica.co.jp/atj/sc/ath-anc7/index.html

肩こりに代表される身体の凝りは多くの場合、不自然な姿勢やストレス、あるいは他の理由により、無意識のうちに力が入った状態が継続し、それがもとで血行不良を引き起こし、凝りという症状となって現れる。一般に、なで肩の人に肩こりが多いというのはこの理由による。さらに、痙攣等の発作、手足の攣り（こむら返り）は筋が急激に収縮することにより起こる。
従来技術は、このような症状に対して、筋電信号を計測し、その結果により緊張している部位を対象者に知らせる、あるいは刺激により新たな運動を外部から誘導することを可能とするものである。

一方、運動をスムーズに行うためには力を入れることと同じぐらい力を抜くことも重要であり、熟練者は力を抜くタイミングを部位ごとにコントロールすることでそのパフォーマンスを可能としている。

しかしながら、前述した従来技術は、日常生活において無意識のうちに力が入る、あるいは疾患の症状として急激な筋収縮が起こる、あるいはスムーズな動きをしようとするものの力が入ってできない、というケースに対応できず、「力を抜く」ということを意識的にコントロールすることはできないという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、無意識に筋で発生する必要のない緊張を緩和することができる筋緊張緩和装置および方法を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる筋緊張緩和装置は、生体と電気的に接触して、筋から発生する筋電信号を検出する検出用電極と、この検出用電極で検出された筋電信号とは逆位相を示す逆位相信号を生成する信号発生回路と、この信号発生回路により生成された逆位相信号を加工調整することによりフィードバック信号を生成する信号処理回路と、生体と電気的に接触して、信号処理回路により生成されたフィードバック信号を筋へ出力する出力用電極とを備えている。

この際、信号処理回路に、逆位相信号の位相を調整することにより、筋における筋電信号とフィードバック信号との位相差を補償する位相調整器を設けてもよい。

また、信号処理回路に、逆位相信号の信号強度を調整することにより、筋における筋電信号とフィードバック信号との信号強度差を補償する強度調整器を設けてもよい。

また、生体と電気的に接触して、筋電信号とフィードバック信号とが合成された結果をモニタ信号として検出するモニタ用電極とをさらに備え、位相調整器で、モニタ用電極で検出されたモニタ信号に基づいて逆位相信号の位相を微調整するようにしてもよい。

また、生体と電気的に接触して、筋電信号とフィードバック信号とが合成された結果をモニタ信号として検出するモニタ用電極とをさらに備え、位相調整器で、モニタ用電極で検出されたモニタ信号に基づいて逆位相信号の信号強度を微調整するようにしてもよい。

また、信号処理回路に、生成したフィードバック信号に含まれる高周波数成分を除去して出力用電極へ出力するローパスフィルタを設けてもよい。

また、信号処理回路に、生成したフィードバック信号を所定の保持期間だけ出力用電極へ保持出力する動作と、所定の停止期間だけ出力用電極に対するフィードバック信号の出力を停止する動作とを、交互に繰り返し実行する出力保持器を設けてもよい、

また、信号処理回路に、生成したフィードバック信号の信号強度が、所定の閾値を越えた場合、当該フィードバック信号の出力を停止する出力監視器を設けてもよい。

また、本発明にかかる筋緊張緩和方法は、生体の筋から検出用電極で検出された筋電信号とは逆位相を示す逆位相信号を生成し、この逆位相信号を加工調整することによりフィードバック信号を生成して出力用電極から筋へ出力する。

本発明によれば、筋の緊張の原因となる筋の活動電位をフィードバック信号で補償あるいは緩和することができ、結果として筋の緊張を緩和することが可能となる。このため、物を持ち上げるなど筋を意識的に作用させる場合以外に、無意識に力が入ってしまうような必要のない筋緊張を緩和することができる。
例えば、ストレス、不自然な姿勢、なで肩等の体型的特徴などが原因で無意識に力が入ってしまう場合がある。このように無意識に筋の緊張が持続し筋の凝りなどを発症する場合に、本装置を該当部位に装着すれば、筋の緊張が緩和され血行が改善されるので、症状を緩和することができる。

また、痙攣、こむら返りなどの強い緊張により、意識的に筋の緊張を解こうとしてもできないような症状が発生した場合でも、本装置により随時緩和することができる。
また、例えばゴルフなどのスイングにおいて熟練者ほど無駄な力が入らずスムーズなスイングを行うことができるが、一方初心者ほど肩に力が入り動作がぎこちない。これは、不慣れなことに臨むあまりの精神的な緊張が筋に伝わったことに起因する。このような運動や作業を習得する場においても、リラックスしたい部位に本装置を装着することで緊張が緩和され、リラックスした状態を体感しコツを掴むことが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の構成を示すブロック図である。

筋緊張緩和装置１０は、信号処理装置からなり、生体の筋（筋肉）から検出した筋電信号１１Ｓに応じた電気信号を生成して当該生体へ出力することにより、筋の緊張を緩和させる機能を有している。
この筋緊張緩和装置１０には、主な機能部として、検出用電極１１、信号発生回路１２、信号処理回路１３、および出力用電極１４が設けられている。

検出用電極１１は、導電性の電極からなり、生体の皮膚表面に貼着し、皮膚表面で発生する筋電信号１１Ｓを検出する機能を有している。
信号発生回路１２は、専用の位相変換回路からなり、検出用電極１１から入力された筋電信号１１Ｓの位相変換を行うことにより、筋電信号１１Ｓとは逆位相を示す逆位相信号１２Ｓを発生させる機能を有している。

信号処理回路１３は、専用の信号処理回路からなり、信号発生回路１２から入力された逆位相信号１２Ｓの位相と信号強度を調整し、フィードバック信号１３Ｓとして出力する機能を有している。
図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図である。信号処理回路１３は、主な機能部として、位相調整器１３Ａと強度調整器１３Ｂが設けられている。

位相調整器１３Ａは、信号発生回路１２で生成された逆位相信号１２Ｓを時間的に遅延させる機能を有している。強度調整器１３Ｂは、逆位相信号１２Ｓの振幅を調整する機能を有している。
出力用電極１４は、導電性の電極からなり、検出用電極１１と並べて生体の筋に沿って皮膚表面に貼着し、信号処理回路１３から出力されたフィードバック信号１３Ｓを生体の皮膚表面へ出力する機能を有している。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図３を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の動作について説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートである。

検出用電極１１は、生体の皮膚に予め貼着させてあり、生体の筋で発生した筋電信号１１Ｓを検出し、信号発生回路１２へ出力する（ステップ１００）。この筋電信号１１Ｓは微弱であることから、ノイズの影響を避けるために検出用電極１１の接触抵抗をできるだけ下げ、必要に応じてアースを取ることが望ましい。また、検出用電極１１そのものに差動増幅器を内蔵し、筋電信号１１Ｓを予め適当な信号強度に増幅して信号発生回路１２へ出力することにより、Ｓ／Ｎ比を上げるようにしてもよい。

脊髄から神経を経て筋のほぼ中央部にある神経筋接合部に伝わった筋への指令は、４ｍ／Ｓ程度の速度で伝達することで筋を収縮させる。このため、効果的に筋への指令を検出して筋全体の緊張を緩和するためには、検出用電極１１を神経筋接合部付近に貼着することが望ましい。

次に、信号発生回路１２は、緊張している筋を緩和させる信号を発生するため、検出用電極１１から入力された、緊張している筋からの筋電信号１１Ｓの位相変換を行うことにより、筋電信号１１Ｓとは逆位相を示す逆位相信号１２Ｓを発生させる（ステップ１０１）。

続いて、信号処理回路１３は、信号発生回路１２から入力された逆位相信号１２Ｓの位相と信号強度を調整し、フィードバック信号１３Ｓとして出力する（ステップ１０２）。
筋電信号１１Ｓを元の筋にフィードバックするときには、検出用電極１１と出力用電極１４の貼着位置の違いによって、位相差や信号強度（信号振幅）の違いがある。このため、信号処理回路１３は、筋電信号１１Ｓ信号の位相を位相調整器１３Ａで調整するとともに、筋電信号１１Ｓ信号の信号強度を強度調整器１３Ｂで調整して、筋電信号１１Ｓ信号を補償する。

筋の活動電位の伝達速度は、筋の状態や個人差もあるが、大体決まっている。したがって、検出用電極１１と出力用電極１４を一体化させ、双方の間隔を一定にしておけば、遅延時間を予めおおよそ計算して、その値だけ位相を調整することが可能となる。また、筋電信号１１Ｓの周波数はせいぜい２００Ｈｚ程度までなので、波長にすると数〜十数ｃｍ程度である。これは、検出用電極１１と出力用電極１４の間隔より長いため、厳密でなくても比較的容易に調整でき、微調整については手動で補正すればよい。

また、信号強度についても、同様に筋の状態や個人差はあるものの、減衰比率はほぼ決まっている。このため、減衰比率を大体あわせておき、微調整については手動で補正すればよい。
なお、位相や信号強度を手動で微調整する構成については、操作に応じて回路定数が変化する回路部品を用いるなど、一般的な公知の技術を用いればよい。

次に、出力用電極１４は、検出用電極１１と並べて筋に沿って皮膚表面に貼着させてあり、信号処理回路１３から出力されたフィードバック信号１３Ｓを生体の皮膚表面へ出力し（ステップ１０３）、ステップ１００へ戻って、新たに検出した筋電信号１１Ｓに応じた筋緊張緩和動作を繰り返し実行する。

この際、検出用電極１１と出力用電極１４は、一体の電極ユニットとしてパッケージ化してもよい。これにより、皮膚表面における互いの貼着間隔が常時一定に保たれるため、筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとの関係を一定に保つことができ、信号処理回路１３での調整ずれを抑制することができる。なお、出力用電極１４の貼着位置は、検出用電極１１に比べて筋の末端側とする。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、検出用電極で検出された筋電信号とは逆位相を示す逆位相信号を生成し、この逆位相信号を加工調整することによりフィードバック信号を生成して出力用電極から筋へ出力するようにしたので、筋の緊張の原因となる筋の活動電位をフィードバック信号で補償あるいは緩和することができ、結果として筋の緊張を緩和することが可能となる。

このため、物を持ち上げるなど筋を意識的に作用させる場合以外に、無意識に力が入ってしまうような必要のない筋緊張を緩和することができる。
例えば、ストレス、不自然な姿勢、なで肩等の体型的特徴などが原因で無意識に力が入ってしまう場合がある。このように無意識に筋の緊張が持続し筋の凝りなどを発症する場合に、本装置を該当部位に装着すれば、筋の緊張が緩和され血行が改善されるので、症状を緩和することができる。

また、痙攣、こむら返りなどの強い緊張により、意識的に筋の緊張を解こうとしてもできないような症状が発生した場合でも、本装置により随時緩和することができる。
また、例えばゴルフなどのスイングにおいて熟練者ほど無駄な力が入らずスムーズなスイングを行うことができるが、一方初心者ほど肩に力が入り動作がぎこちない。これは、不慣れなことに臨むあまりの精神的な緊張が筋に伝わったことに起因する。このような運動や作業を習得する場においても、リラックスしたい部位に本装置を装着することで緊張が緩和され、リラックスした状態を体感しコツを掴むことが可能となる。

また、本実施の形態では、信号処理回路において、入力された逆位相信号１２Ｓの位相と信号強度の両方を調整する場合を例として説明したが、位相と信号強度のいずれか一方のみを調整するようにしてもよい。例えば、筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとの位相がほぼ一致することが予め分かっている場合には、信号強度を調整する強度調整器１３Ｂのみを用いればよく、逆に筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとの信号強度がほぼ一致することが予め分かっている場合には、位相を調整する位相調整器１３Ａのみを用いればよい。

［第２の実施の形態］
次に、図４および図５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置について説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の構成を示すブロック図であり、前述の図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。図５は、本発明の第２の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図であり、前述の図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第１の実施の形態では、信号処理回路１３において逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整する際、手動で微調整を行う場合を例として説明した。本実施の形態では、筋で筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとが合成された結果に基づいて、逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を微調整する場合について説明する。

本実施の形態にかかる筋緊張緩和装置１０には、図４に示すように、第１の実施の形態と比較して、モニタ用電極１５が追加されている。このモニタ用電極１５は、導電性の電極からなり、生体の皮膚表面に貼着し、筋で筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとが合成された結果をモニタ信号１５Ｓとして検出する機能を有している。
信号処理回路１３は、このモニタ用電極１５で検出されたモニタ信号１５Ｓに基づいて逆位相信号１２Ｓとの信号強度を微調整する機能を有している。

本実施の形態にかかる信号処理回路１３には、図５に示すように、第１の実施の形態と比較して、強度変換器１３Ｃ、増減判定器１３Ｄ、および制御信号生成器１３Ｅが追加されている。強度変換器１３Ｃは、モニタ用電極１５で検出されたモニタ信号１５Ｓの信号強度を検出する機能を有している。増減判定器１３Ｄは、強度変換器１３Ｃで検出されたモニタ信号１５Ｓの信号強度の増減を判定する機能を有している。制御信号生成器１３Ｅは、増減判定器１３Ｄでの判定結果に応じた制御信号１６Ｓを生成して位相調整器１３Ａおよび強度調整器１３Ｂへ出力する機能を有している。
本実施の形態にかかる筋緊張緩和装置１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第２の実施の形態の動作］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の動作について説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートであり、前述の図３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

検出用電極１１で信号を検出し、信号発生回路１２で逆位相の信号を生成するステップまでは（ステップ１００−１０３）、前述の図３と同じである。本実施の形態では、出力用電極１４に並べてモニタ用電極１５が貼着されていることである。このモニタ用電極１５は出力用電極１４のすぐ近くで筋に沿った末端側に貼着する。検出用、出力用、モニタ用の３つの電極を一体の電極ユニットとしてパッケージ化してもよく、これにより、皮膚表面における互いの貼着間隔が常時一定に保つたれるため、筋電信号１１Ｓ、フィードバック信号１３Ｓ、およびモニタ信号１５Ｓの関係を一定に保つことができ、信号処理回路１３での調整ずれを抑制することができる。

このモニタ用電極１５は、筋から発生している本来の筋電信号１１Ｓと筋に外部から印加されたフィードバック信号１３Ｓが重ね合わさった結果をモニタ信号１５Ｓとして検出するためのものである。したがって、これら信号が筋でうまく補償あるいは緩和されていれば、モニタ信号１５Ｓは、検出用電極１１で検出された筋電信号１１Ｓの信号強度より小さい値を示すものとなる。

信号処理回路１３は、逆位相信号１２Ｓの位相ずれと信号強度を調整し、フィードバック信号１３Ｓとして出力し（ステップ１０２）、出力用電極１４は、このフィードバック信号１３Ｓを生体の皮膚表面へ出力する（ステップ１０３）。
この後、モニタ用電極１５は、生体の皮膚表面から、筋で筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとが合成された結果をモニタ信号１５Ｓとして検出する（ステップ２００）。

信号処理回路１３の強度変換器１３Ｃは、筋電信号Ｓ１１で正規化されたモニタ信号１５Ｓの信号の信号強度を求め、増減判定器１３Ｄは、強度変換器１３Ｃでで得られた信号強度の増減を判定する（ステップ２０１）。
ここで、信号強度が増加傾向にある場合、制御信号生成器１３Ｅは、前回の微調整とは逆方向に逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を微調整するための制御信号１６Ｓを生成する。一方、信号強度が減少傾向にある場合、制御信号生成器１３Ｅは、前回の微調整と同一方向に当該信号強度が低下する方向に逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を微調整するための制御信号１６Ｓを生成する。

このようにして、モニタ信号１５Ｓの信号強度に応じた制御信号１６Ｓを生成して、位相調整器１３Ａおよび強度調整器１３Ｂへ出力した後（ステップ２０２）、ステップ１００へ戻って、新たに検出した筋電信号１１Ｓに応じた筋緊張緩和動作を繰り返し実行する。これにより、位相調整器１３Ａおよび強度調整器１３Ｂにおいて、モニタ信号１５Ｓの信号強度に応じた逆位相信号１２Ｓに対する位相および信号強度の微調整が行われる。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、筋で筋電信号とフィードバック信号とが合成された結果をモニタ用電極で検出し、得られたモニタ信号に基づいて逆位相信号の位相および信号強度を微調整するようにしたので、モニタ信号が常に最小となるような自動制御を行うことができる。したがって、筋から発生している本来の筋電信号と筋に外部から印加されたフィードバック信号を、正確に補償あるいは緩和することができ、効果的に筋を緩和させることが可能となる。

また、本実施の形態では、信号処理回路において、入力された逆位相信号１２Ｓの位相と信号強度の両方を微調整する場合を例として説明したが、位相と信号強度のいずれか一方のみを微調整するようにしてもよい。例えば、筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとの位相がほぼ一致することが予め分かっている場合には、強度調整器１３Ｂに対してのみ制御信号１６Ｓを出力し、逆に筋電信号１１Ｓとフィードバック信号１３Ｓとの信号強度がほぼ一致することが予め分かっている場合には、位相調整器１３Ａに対してのみ制御信号１６Ｓを出力すればよい。

［第３の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置について説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図であり、前述の図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第１の実施の形態では、信号処理回路１３において、入力された逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整し、得られたフィードバック信号１３Ｓをそのまま出力用電極１４から筋へ出力する場合を例として説明した。本実施の形態では、信号処理回路１３にローパスフィルタ１３Ｆを設け、高周波数成分を除去したフィードバック信号１３Ｓを出力する場合について説明する。

本実施の形態にかかる信号処理回路１３には、図７に示すように、第１の実施の形態と比較して、ローパスフィルタ１３Ｆが追加されている。このローパスフィルタ１３Ｆは、位相調整器１３Ａおよび強度調整器１３Ｂで調整されて得られたフィードバック信号の高周波数成分を除去して出力用電極１４へ出力する機能を有している。
本実施の形態にかかる筋緊張緩和装置１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第３の実施の形態の動作］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の動作について説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートであり、前述の図３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

信号処理回路１３で逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整するステップまでは（ステップ１００−１０２）、前述の図３と同じである。この後、ローパスフィルタ１３Ｆにより、逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整して得られたフィードバック信号の高周波数成分を除去する（ステップ３００）。

筋から発生する筋電信号は、２００Ｈｚ程度まで周波数の分布を持ち、筋の遅筋繊維と速筋繊維の割合にも依存するが、主に５０Ｈｚ付近にピークを持つことが知られている。このため、筋電信号の主成分である１００Ｈｚ以下の低周波数成分からなるフィードバック信号を筋に出力するだけでも効果的が得られる。本実施の形態では、このような点に着目し、ローパスフィルタ１３Ｆにおいて、逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整して得られたフィードバック信号から、Ｓ／Ｎ比に影響を与える高周波成分を除去し、筋電信号１１Ｓの主成分である１００Ｈｚ以下の低周波数成分からなるフィードバック信号１３Ｓを生成している。

この後、出力用電極１４は、このフィードバック信号１３Ｓを生体の皮膚表面へ出力すし（ステップ１０３）、ステップ１００へ戻って、新たに検出した筋電信号１１Ｓに応じた筋緊張緩和動作を繰り返し実行する。

［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、信号処理回路のローパスフィルタで、フィードバック信号に含まれる高周波数成分を除去して出力用電極へ出力するようにしたので、Ｓ／Ｎ比に影響を与える高周波成分のないフィードバック信号を筋へ出力することができる。このため、筋に対して安定した緊張緩和作用を与えることが可能となる。

［第４の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置について説明する。図９は、本発明の第４の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図であり、前述の図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第１の実施の形態では、筋から検出した筋電信号１１Ｓに応じたフィードバック信号１３Ｓを生成して筋へ出力する場合を例として説明した。本実施の形態では、生成したフィードバック信号１３Ｓを保持出力する動作と出力停止する動作とを交互に繰り返し実行する場合について説明する。

本実施の形態にかかる信号処理回路１３には、図９に示すように、第１の実施の形態と比較して、出力保持器１３Ｇが追加されている。この出力保持器１３Ｇは、位相調整器１３Ａおよび強度調整器１３Ｂで調整されて得られたフィードバック信号１３Ｓを記憶して、所定の保持期間だけ出力用電極１４へ保持出力する機能と、所定の停止期間だけフィードバック信号の出力を停止する機能と、これらフィードバック信号１３Ｓの保持出力および出力停止を交互に繰り返し実行する機能とを有している。

なお、フィードバック信号１３Ｓを記憶して保持出力する構成については、例えばＡ／Ｄ変換器でフィードバック信号１３Ｓをデジタル化してメモリへ保存し、これを随時読み出してＤ／Ａ変換器でアナログ化して出力するなど、一般的な公知の技術を用いればよい。
本実施の形態にかかる筋緊張緩和装置１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第４の実施の形態の動作］
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の動作について説明する。図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートであり、前述の図３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

信号処理回路１３で逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整するステップまでは（ステップ１００−１０２）、前述の図３と同じである。
前述のように、出力用電極１４は、検出用電極１１に比べ活動電位が伝導する末端側に取り付けてあるが、出力用電極１４から筋へ出力したフィードバック信号１３Ｓが検出用電極１１側に回り込んでしまうことがある。このような場合には、検出用電極１１で検出した筋電信号１１Ｓにフィードバック信号１３Ｓが重畳され、これが筋電信号１１Ｓと見なされてしまうため、有効なフィードバック信号１３Ｓが得られなくなる。

本実施の形態では、ステップ１０２の後、出力保持器１３Ｇにより、逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整して得られたフィードバック信号１３Ｓを記憶し（ステップ４００）、保持したフィードバック信号を所定の保持期間、例えば１秒間だけ継続して出力する（ステップ４０１）。この保持期間中、検出用電極１１で検出された新たな筋電信号１１Ｓによらずフィードバック信号１３Ｓは同一の信号を出力する。

その後、保持期間の終了に応じて、フィードバック信号１３Ｓの出力を、所定の停止期間、例えば１秒間だけ停止して、検出用電極１１で検出される信号の復帰を待ち（ステップ４０２）、停止期間終了後、ステップ１００へ戻って、新たに検出した筋電信号１１Ｓに応じた筋緊張緩和動作を繰り返し実行する。

［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、信号処理回路の出力保持器で、フィードバック信号を所定の保持期間だけ出力用電極へ保持出力する動作と、所定の停止期間だけ出力用電極に対するフィードバック信号の出力を停止する動作とを、交互に繰り返し実行するようにしたので、検出用電極１１に回り込んだフィードバック信号１３Ｓの影響を避けて、筋から発生している本来の筋電信号１１Ｓを補償して緩和するために有効なフィードバック信号１３Ｓを生成することができる。

［第５の実施の形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第５の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置について説明する。図１１は、本発明の第５の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図であり、前述の図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第１の実施の形態では、筋から検出した筋電信号１１Ｓに応じたフィードバック信号１３Ｓを生成してそのまま筋へ出力する場合を例として説明した。本実施の形態では、フィードバック信号１３Ｓの信号強度を監視して、フィードバック信号１３Ｓの出力制御を行う場合について説明する。

本実施の形態にかかる信号処理回路１３には、図１１に示すように、第１の実施の形態と比較して、出力監視器１３Ｈが追加されている。この出力監視器１３Ｈは、位相調整器１３Ａおよび強度調整器１３Ｂで調整されて得られたフィードバック信号１３Ｓの信号強度を所定の閾値と比較する機能と、信号強度が閾値を越えた場合には出力用電極１４に対するフィードバック信号１３Ｓの出力を停止する機能とを有している。
本実施の形態にかかる筋緊張緩和装置１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第５の実施の形態の動作］
次に、図１２を参照して、本発明の第５の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の動作について説明する。図１２は、本発明の第５の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートであり、前述の図３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

信号処理回路１３で逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整するステップまでは（ステップ１００−１０２）、前述の図３と同じである。
この際、得られたフィードバック信号１３Ｓが検出用電極１１に回り込み、何らかの理由で正帰還がかかって発散してしまう場合も考えられる。このような場合には、筋から発生している本来の筋電信号１１Ｓより大きな信号強度のフィードバック信号１３Ｓが出力用電極１４から筋肉へ出力される可能性がある。

本実施の形態では、ステップ１０２の後、出力監視器１３Ｈにより、逆位相信号１２Ｓの位相および信号強度を調整して得られたフィードバック信号１３Ｓの信号強度と予め設定されている閾値とを比較する（ステップ５００）。
ここで、フィードバック信号１３Ｓの信号強度が閾値以下であれば（ステップ５００：ＹＥＳ）、前述と同様に当該フィードバック信号１３Ｓを出力用電極１４へ出力し（ステップ１０３）、ステップ１００へ戻って、新たに検出した筋電信号１１Ｓに応じた筋緊張緩和動作を繰り返し実行する。

一方、フィードバック信号１３Ｓの信号強度が閾値を越えている場合（ステップ５００：ＮＯ）、出力監視器１３Ｈは、出力用電極１４に対する当該フィードバック信号１３Ｓの出力を停止し、一連の筋緊張緩和動作を終了する。

［第５の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、信号処理回路の出力監視器で、フィードバック信号の信号強度を監視し、信号強度が所定の閾値を越えた場合、当該フィードバック信号の出力を停止するようにしたので、過大な信号強度のフィードバック信号の出力を抑止することができる。したがって、例えばフィードバック信号が検出用電極に回り込み、何らかの理由で正帰還がかかって発散してしまう場合でも、過大な信号強度のフィードバック信号が出力されなくなり、安全な筋緊張緩和動作を行うことができる。

以上で説明した各実施の形態は、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することが可能であり、それぞれの実施の形態に応じた作用効果を同時に奏することができる。

本発明は、不自然な姿勢や精神的緊張等の理由により一定時間以上の筋緊張から肩こりや腰痛など整形外科的疾患を引き起こすことを予防し、あるいはその症状を緩和するための装置、痙攣やひきつけ等の神経性の疾患の症状を緩和するための装置、運動学習においてうまく力を抜くことでリラックスしてスムーズな運動を体感するための運動学習装置など、生体の筋で発生している緊張を緩和する装置に広く適用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態にかかる信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態にかかる筋緊張緩和装置の筋緊張緩和動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…筋緊張緩和装置、１１…検出用電極、１１Ｓ…筋電信号、１２…信号発生回路、１２Ｓ…逆位相信号、１３…信号処理回路、１３Ａ…位相調整器、１３Ｂ…強度調整器、１３Ｃ…強度変換器、１３Ｄ…増減判定器、１３Ｅ…制御信号生成器、１３Ｆ…ローパスフィルタ、１３Ｇ…出力保持器、１３Ｈ…出力監視器、１３Ｓ…フィードバック信号、１４…出力用電極、１５…モニタ用電極、１５Ｓ…モニタ信号、１６Ｓ…制御信号。

Claims (8)

1. 生体と電気的に接触して、筋から発生する筋電信号を検出する検出用電極と、
   この検出用電極で検出された筋電信号とは逆位相を示す逆位相信号を生成する信号発生回路と、
   この信号発生回路により生成された逆位相信号を加工調整することによりフィードバック信号を生成する信号処理回路と、
   前記生体と電気的に接触して、前記信号処理回路により生成されたフィードバック信号を前記筋へ出力する出力用電極と
   を備えることを特徴とする筋緊張緩和装置。
2. 請求項１に記載の筋緊張緩和装置において、
   前記信号処理回路は、前記逆位相信号の位相を調整することにより、前記筋における筋電信号とフィードバック信号との位相差を補償する位相調整器を有することを特徴とする筋緊張緩和装置。
3. 請求項１または２に記載の筋緊張緩和装置において、
   前記信号処理回路は、前記逆位相信号の信号強度を調整することにより、前記筋における筋電信号とフィードバック信号との信号強度差を補償する強度調整器を有することを特徴とする筋緊張緩和装置。
4. 請求項２に記載の筋緊張緩和装置において、
   前記生体と電気的に接触して、前記筋電信号と前記フィードバック信号とが合成された結果をモニタ信号として検出するモニタ用電極とをさらに備え、
   前記位相調整器は、前記モニタ用電極で検出されたモニタ信号に基づいて前記逆位相信号の位相を微調整する
   ことを特徴とする筋緊張緩和装置。
5. 請求項３に記載の筋緊張緩和装置において、
   前記生体と電気的に接触して、前記筋電信号と前記フィードバック信号とが合成された結果をモニタ信号として検出するモニタ用電極とをさらに備え、
   前記位相調整器は、前記モニタ用電極で検出されたモニタ信号に基づいて前記逆位相信号の信号強度を微調整する
   ことを特徴とする筋緊張緩和装置。
6. 請求項１−５のいずれか１つに記載の筋緊張緩和装置において、
   前記信号処理回路は、生成したフィードバック信号に含まれる高周波数成分を除去して前記出力用電極へ出力するローパスフィルタを有することを特徴とする筋緊張緩和装置。
7. 請求項１−６のいずれか１つに記載の筋緊張緩和装置において、
   前記信号処理回路は、生成したフィードバック信号を所定の保持期間だけ前記出力用電極へ保持出力する動作と、所定の停止期間だけ前記出力用電極に対するフィードバック信号の出力を停止する動作とを、交互に繰り返し実行する出力保持器をさらに有することを特徴とする筋緊張緩和装置。
8. 請求項１−７のいずれか１つに記載の筋緊張緩和装置において、
   前記信号処理回路は、生成したフィードバック信号の信号強度が、所定の閾値を越えた場合、前記当該フィードバック信号の出力を停止する出力監視器をさらに有することを特徴とする筋緊張緩和装置。

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