JPH023623B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体用の筋電バイオフイードバツク装
置に関する。

従来生体フイードバツク装置は単一定型の訓練
法にしか用いることができず、筋の緊張訓練を行
なう被訓練者や弛緩訓練を行なう被訓練者に夫々
適する訓練法を選択しその訓練法に合わせて生体
フイードバツク装置プログラム設定するといつた
対応が全くできないという欠点があつた。

本発明は従来の欠点を一掃し、被訓練者の訓練
目的に応じ適宜効果的な訓練のプログラムを設定
しかつ訓練目的に応じて訓練目標の設定変更がで
きる筋電バイオフイードバツク装置を提供するこ
とを目的としている。

即ち本発明は生体の筋電信号を検出する電極１
と、該電極１から得た筋電信号を前置増幅するプ
リアンプ９と該プリアンプ９の出力信号をハムフ
イルタ１０・バンドパスフイルタ１１及びゲイン
コントロール回路１２を通じ整流回路１３に接続
し整流積分した後Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバー
タ１４とにより筋電情報前処理ユニツト２を構成
し、前記Ａ／Ｄコンバータ１４の出力信号の刻々
変化する筋電信号の瞬時値と単位時間の平均値と
をそれぞれＸ−Ｙ座標上にキヤラクター２５化す
る視覚フイードバツクとして表示するCRTデイ
スプレイ８により視覚表示機構３を構成し、前記
筋電信号をその大きさに相関して音階・音程・メ
ロデイー等の変化する聴覚フイードバツクとして
表示するスピーカー２８により聴覚表示機構４を
構成し、自律訓練のセツシヨンとして訓練、休止
の繰り返しの各々の時間設定、回路設定をするマ
イクロコンピユータ７によりプログラム機構５を
構成し、前記マイクロコンピユータ７の前段では
Ｉ／Ｏユニツト６により筋電信号をコンピユータ
７用の入力信号に変換する機能とコンピユータ７
の出力信号を前記筋電情報前処理ユニツト２用と
前記聴覚表示機構４用と前記マイクロコンピユー
タ７の演算結果を印字するプリンター２０用との
制御信号に変換し、前記筋電情報前処理ユニツト
２を電池電源１５駆動となし、前記筋電情報前処
理ユニツト２とＩ／Ｏユニツト６とのデータ及び
コントロール信号の受け渡しをフオトカプラ１９
によりなしたことを特徴とする筋電バイオフイー
ドバツク装置である。

またマイクロコンピユータ７のキーボード１８
によつて緊張訓練の目標値と弛緩訓練の目標値と
を変更することを特徴とし、前記マイクロコンピ
ユータ７とゲインコントロール回路１２とで訓練
の直前の所定時間の平常状態の筋電信号のデータ
を取り入れ、生体の筋電位のベースラインを設定
するゲインコントロール機能をもたしめることを
特徴とし、さらにＩ／Ｏユニツト６に訓練のセツ
シヨンの終了後その訓練期間中の１秒毎の筋電信
号の値及び任意の時間当りの筋電信号の値の平均
値を数値及びグラフに印字するプリンター２０を
接続していることを特徴とする筋電バイオフイー
ドバツク装置である。

次に本発明の実施例を第１，２図を用いて詳述
する。

被訓練者に装着した電極１の導線は筋電信号の
振巾をバイナリーデータに変換する筋電情報前処
理ユニツト２の入力端に接続され、該筋電情報前
処理ユニツト２の出力端はフオトカプラ１９に中
継されてＩ／Ｏユニツト６の入力端に接続され
る。

前記筋電情報前処理ユニツト２は電極１から導
入された筋電信号を増幅するプリアンプ９と、筋
電信号に含まれるハム雑音を除去するハムフイル
タ１０と、所定周波数帯域内の筋電信号のみを抽
出するバンドパスフイルタ１１と、筋電信号を増
幅制御するゲインコントロール回路１２と、筋電
信号を整流する積分器からなる整流回路１３と、
アナログ値の筋電信号をデイジタル値の筋電信号
に変換するＡ／Ｄコンバータ１４とが順次接続さ
れ、さらに前記筋電情報前処理ユニツト２の駆動
電源は電池電源１５で構成されている。前記Ｉ／
Ｏユニツト６の一出力端から前記筋電情報前処理
ユニツト２のハムフイルタ１０とバンドパスフイ
ルタ１１とゲインコントロール回路１２への制御
信号と前記筋電情報前処理ユニツト２から前記
Ｉ／Ｏユニツト６へのデータ信号との受け渡しは
光学的に接続すべくフオトカプラ１９で中継され
ている。

前記Ｉ／Ｏユニツト６は前記Ａ／Ｄコンバータ
１４から得るデイジタル値の筋電信号即ちデータ
信号をマイクロコンピユータ７への入力信号に変
換する入力装置とマイクロコンピユータ７からの
出力信号を前記筋電情報前処理ユニツト２への制
御信号と前記聴覚表示機構４の動作信号と印字表
示をするプリンタ２０への動作信号に変換する出
力装置からなる。

前記Ｉ／Ｏユニツト６に接続し実時間及び統計
処理の二次的な演算処理を行なうメインボード１
６と該メインボード１６に自律訓練のプログラム
の変更と筋電信号処理系のパラメータの変更を命
令する信号を発生するキーボード１８とメインボ
ード１６に自律訓練プログラムを命令する信号を
発生するデータカセツト１７とからなるマイクロ
コンピユータ７とによつてプログラム機構５は構
成されている。

前記視覚表示機構３は前記マイクロコンピユー
タ７のメインボード１６からの信号を得て視覚フ
イードバツクを表示するCRTデイスプレイ８で
構成されている。

前記Ｉ／Ｏユニツト６の一出力端には学習程
度・訓練効果・付随データが印字されるプリンタ
ー２０が接続されている。

以上に述べた構成における作用を詳述する。

被訓練者の生体に装着した電極１によつて筋電
信号が導入され筋電情報前処理ユニツト２で筋電
信号の雑音除去、所定周波数の選択、増幅、整
流、Ａ／Ｄ変換等の信号処理が行なわれ、被訓練
者が自律訓練するに適する信号となつたデイジタ
ル筋電信号はＩ／Ｏユニツト６に入力される。該
デイジタル筋電信号はＩ／Ｏユニツト６でマイク
ロコンピユータ用の入力信号に変換された後マイ
クロコンピユータ７に入力され演算処理される。

該マイクロコンピユータ７の演算によつて被訓
練者の筋電信号はCRTデイスプレイ８上のキヤ
ラクター２５の移動として視覚にフイードバツク
すべく表示される。刻々変化する筋電信号は１秒
毎の筋電信号値に換算されCRTデイスプレイ８
上のＸ座標２２に対応し、過去の１分間の筋電信
号の平均値はＹ座標に対応してキヤラクター２５
は表示される。又前記コンピユータ７の演算によ
つて筋電信号の値はその値に相関して音階・音
程・メロデイー等の変化となつて聴覚表示機構４
により聴覚にフイードバツクされる。

視覚表示機構３及び聴覚表示機構４による自律
訓練のセツシヨンとして訓練、休止の繰り返し時
間の設定と回数の設定とはマイクロコンピユータ
７のデータカセツト１７により為されるのであ
る。

又被訓練者への安全対策として前記筋電情報前
処理ユニツト２を構成するプリアンプ９とハムフ
イルタ１０とバンドパスフイルタ１１とゲインコ
ントロール回路１２と整流回路１３及びＡ／Ｄコ
ンバータ１４は電池電源１５により駆動され、さ
らに前記筋電情報前処理ユニツト２と制御信号及
びデータ信号を受け渡すＩ／Ｏユニツト６とはフ
オトカプラ１９にて光学的に接続されることによ
つて電極１を通じて被訓練者に商用電源からの漏
洩電流が流れない様な処置が施されている。

前記マイクロコンピユータ７に取付けられたキ
ーボード１８の操作によりCRTデイスプレイ８
上に表示される筋電信号の瞬時値の目標値２６の
位置と過去１分間の筋電信号の平均値の目標値２
７の位置は変更できるのである。

さらにマイクロコンピユータ７とゲインコント
ロール回路１２とで成るゲインコントロール機能
により自律訓練の開始直前の１分間平常姿勢の被
訓練者の筋電データをもとにその被訓練者の筋電
位ベースラインが感知設定され、訓練開始時には
筋電信号は常に最適に増幅されバイオフイードバ
ツク効果が充分上る様にゲインコントロールがな
される為訓練におけるシエーピング手法（少しず
つ目標値をあげていく訓練手法）を自動的に行な
うことができる。

又継続訓練の資料作りとしてＩ／Ｏユニツト６
に接続されたプリンター２０では１回の訓練終了
時に訓練期間中の１秒毎の筋電位の大きさが数値
及びグラフに印字され、また任意の時間当りの平
均値も数値とグラフで印字され、さらに被訓練者
名、訓練日時等の付随データも同時に印字される
のである。

以上の実施例の本発明装置での訓練法は、被訓
練者の生体に装着した電極１により導入した筋電
信号の発生状態の変化を被訓練者が聴覚及び視覚
で感得するというバイオフイードバツク訓練に於
て、特に視覚によるフイードバツク表示機構を
CRTデイスプレイ８で構成し該CRTデイスプレ
イ８面上でＸ−Ｙ座標のＸ座標２２を１秒間の筋
電信号の大きさに対応させＹ座標２１を過去１分
間の筋電信号の大きさの平均値に対応させて、そ
のXYの値で示される点にキヤラクター２５を表
示させ該キヤラクター２５を目視しながら該キヤ
ラクター２５の表示を設定目標値の範囲内に位置
せしめる訓練をするのである。

前記設定目標はプリセツトされた瞬時値目標値
２６と平均値目標値２７とにより設定されるので
ある。弛緩訓練を目的とする被訓練者は筋電信号
の値をできる限り低く保つように訓練するのであ
るから弛緩訓練目標値の範囲２３内にキヤラクタ
ー２５が留まるように訓練し、緊張訓練を目的と
する被訓練者は筋電信号の値をできる限り高く保
つように訓練するのであるから緊張訓練目標値の
範囲２４にキヤラクター２５が留まるように訓練
するのである。弛緩訓練の目標値と緊張訓練の目
標値とはマイクロコンピユータ７に付されたキー
ボード１８により適宜切換え変更ができるのであ
る。

又聴覚によるフイードバツク表示機構４はスピ
ーカー２８等により構成され音階・音程・メロデ
イー等の音声信号を被訓練者は聞きながら訓練を
するのである。被訓練者の訓練に対する報奨とし
てのフイードバツク音声信号は視覚によるフイー
ドバツク表示機構の弛緩訓練目標値の範囲２３内
にキヤラクター２５が入つた時に音声を発するな
り緊張訓練目標値の範囲２４内にキヤラクター２
５が入つた時に音声を発するなり効果的に適宜製
作されるのである。

以上の如き構成における本発明の効果は、従来
単一定形の訓練法にしか用いることができなかつ
た筋電バイオフイードバツク装置をデータカセツ
トに様々な訓練手法のプログラムを記憶させてお
き、該データカセツトを交換するだけでいかなる
ハードウエアの変更もなしに１台の装置で様々な
フイードバツク手法を実行することができること
にある。また本発明の装置の使用中においても、
訓練者が被訓練者の状況を観察しながら状況に応
じて訓練の流れやパラメータの変更、さらには緊
張訓練、弛緩訓練の訓練方法及び目標値の変更を
キーボード操作により簡単に行なうこともでき
る。即ち極めて柔軟性に富み訓練方法の選択の自
由度の高い装置を提供したことにある。

次にはCRTデイスプレイを用いた視覚表示機
構により訓練状況が筋電信号の瞬時値と単位時間
の平均値とでそれぞれＸ−Ｙ座標上に簡単な記号
図形で表示されるため、被訓練者は訓練を阻害す
る注意力や考察力を極力減らすことができるう
え、夫々の目標値がベースラインの設定で明確化
されることによつて、被訓練者へのオペラント条
件付けがより強力になされ、訓練意欲を増し異状
筋の早期回復及び心身の異状緊張の早期除去に多
大な効果をあげるものである。

また入力データや訓練結果のデータがプリント
アウト印字されることにより、訓練者は被訓練者
に最適の訓練方法を選択する資料を記録にとどめ
ることが簡易にでき、さらに訓練結果のカルテ作
成、保存、評価、解析が極めて容易になり訓練者
の作業効率を大いに高める効果を有するものであ
る。

更には筋電情報前処理ユニツトを電池駆動と
し、筋電情報前処理ユニツトとＩ／Ｏユニツトと
の結合を光学的になしたことによりデータ信号、
コントロール信号の受け渡し時に筋電情報前処理
ユニツトとＩ／Ｏユニツトとの電気的絶縁がなさ
れ、被訓練者の電撃からの保護は勿論のこと交流
誘導雑音（ハム等）の微少筋電位への混入を防止
でき、特殊なシールドルーム等での使用に限定さ
れず普通の訓練室での使用を可能としたものであ
る。

以上のように本発明の効果は訓練目的に応じて
最適な訓練を実施することができ、ベースライン
設定によつて目標値が明確化され、訓練における
シエーピング手法が自動的に行なわれ、設定した
目標値は適宜設定、変更可能であり、また目標値
への到達、達成時の報奨としてのフイードバツク
音声信号も適宜効果的になされるので訓練意欲の
増進を誘発し、しかも訓練状況が平面上の記号図
形で表示される為に被訓練者は筋の力の入れ具合
即ち筋力の自分自身によるコントロールのしかた
が明瞭となつたので訓練意欲を増し、異状筋の早
期回復及び心身の異状緊張の早期除去に多大な効
果をあげるものである。

又訓練者は被訓練者に最適の訓練法を簡易に選
択でき、さらに訓練効果のカルテ作成、保存、評
価、解析が極めて容易になり訓練者の作業効率を
大いに高める効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロツク図、第２図はCRT
デイスプレイの表示図である。 １……電極、２……筋電情報前処理ユニツト、
３……視覚表示機構、４……聴覚表示機構、５…
…プログラム機構、６……Ｉ／Ｏユニツト、７…
…マイクロコンピユータ、８……CRTデイスプ
レイ、２０……プリンター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体の筋電信号を検出する電極１を有し、該
   電極１から得た筋電信号を前置増幅するプリアン
   プ９と該プリアンプ９の出力信号をハムフイルタ
   １０、バンドパスフイルタ１１及びゲインコント
   ロール回路１２を通じ整流回路１３に接続し整流
   積分した後Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１４
   とにより筋電情報前処理ユニツト２を構成し、前
   記Ａ／Ｄコンバータ１４の出力信号の刻々変化す
   る筋電信号の瞬時値と単位時間の平均値とをそれ
   ぞれＸ−Ｙ座標上にキヤラクター２５化する視覚
   フイードバツクとして表示するCRTデイスプレ
   イ８により視覚表示機構３を構成し、前記筋電信
   号をその大きさに相関して音階・音程・メロデイ
   ー等の変化する聴覚フイードバツクとして表示す
   るスピーカー２８により聴覚表示機構４を構成
   し、自律訓練のセツシヨンとして訓練、休止の繰
   り返しの各々の時間設定、回数設定をしさらに筋
   電信号のデータで統計処理の二次的演算をするマ
   イクロコンピユータ７によりプログラム機構５を
   構成し、前記マイクロコンピユータ７の前段では
   Ｉ／Ｏユニツトにより筋電信号をコンピユータ７
   用の入力信号に変換する機能とコンピユータ７の
   出力信号を前記筋電情報前処理ユニツト２用と前
   記聴覚表示機構４用と前記マイクロコンピユータ
   ７の演算結果を印字するプリンター２０用との制
   御信号に変換し、前記筋電情報前処理ユニツト２
   を電池電源１５駆動となし、前記筋電情報前処理
   ユニツト２とＩ／Ｏユニツト６とのデータ及びコ
   ントロール信号の受け渡しをフオトカプラ１９に
   よりなしたことを特徴とする筋電バイオフイドバ
   ツク装置。 ２ マイクロコンピユータ７のキーボード１８に
   よつて緊張訓練の目標値と弛緩訓練の目標値とを
   変更することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の筋電バイオフイードバツク装置。 ３ マイクロコンピユータ７とゲインコントロー
   ル回路１２とで訓練の直前の所定時間の平常状態
   の筋電信号のデータを取り入れ、生体の筋電位の
   ベースラインを設定するゲインコントロール機能
   をもたしめることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の筋電バイオフイードバツク装置。 ４ Ｉ／Ｏユニツト６に接続したプリンター２０
   は訓練のセツシヨンの終了後その訓練期間中の１
   秒毎の筋電信号の値及び任意の時間当りの筋電信
   号の値の平均値を数値及びグラフに印字すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の筋電バ
   イオフイードバツク装置。