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JP7701698B2 - Electrical Stimulation System - Google Patents
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JP7701698B2 JP2021135223A JP2021135223A JP7701698B2 JP 7701698 B2 JP7701698 B2 JP 7701698B2 JP 2021135223 A JP2021135223 A JP 2021135223A JP 2021135223 A JP2021135223 A JP 2021135223A JP 7701698 B2 JP7701698 B2 JP 7701698B2
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Description

本発明は、電気刺激システムに関する。 The present invention relates to an electrical stimulation system.

特許文献1は、ユーザの筋肉に電気刺激を付与する電気刺激装置を開示する。この電気刺激装置は、筋肉に微弱な電流を流して筋肉を緊張および弛緩させることで、筋肉を収縮させる。これにより、例えば筋力強化が図られる。 Patent Document 1 discloses an electrical stimulation device that applies electrical stimulation to the muscles of a user. This electrical stimulation device passes a weak current through the muscles, causing them to tense and relax, thereby contracting the muscles. This allows, for example, for muscle strengthening.

特開2017-6644号公報JP 2017-6644 A

電気刺激装置のユーザにとって、好適な電気刺激強度を決定することは難しい。例えば、筋肉増強を目的とする場合、耐えうる範囲で最も高い強度の電気刺激を付与すべきなのか、それ以下の強度の電気刺激でもよいのか、仮にそれ以下の強度の電気刺激でよい場合にどの程度の強度の電気刺激を付与すべきか、ユーザには判断がつかない。 It is difficult for users of electrical stimulation devices to determine the appropriate electrical stimulation intensity. For example, if the goal is to build muscle, the user cannot decide whether they should apply the highest intensity electrical stimulation that they can tolerate, whether electrical stimulation of a lower intensity is acceptable, and if electrical stimulation of a lower intensity is acceptable, what intensity of electrical stimulation should be applied.

本発明はこうした状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、好適な電気刺激強度を決定できる電気刺激システムを提供することにある。 The present invention has been made in light of this situation, and one exemplary objective of one aspect of the present invention is to provide an electrical stimulation system that can determine a suitable electrical stimulation intensity.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電気刺激システムは、ユーザの筋肉に電気刺激を付与するための刺激用電極と、ユーザのインピーダンスを測定するための複数の測定用電極の測定用電極と、刺激用電極に印加された電気信号と測定されたインピーダンスに基づく電気特性情報との関係の電気信号に関する微分値を算出する算出部と、を備える。 To solve the above problems, an electrical stimulation system according to one embodiment of the present invention includes a stimulation electrode for applying electrical stimulation to a user's muscles, a plurality of measurement electrodes for measuring the impedance of the user, and a calculation unit for calculating a differential value of an electrical signal that is related to an electrical signal applied to the stimulation electrode and electrical characteristic information based on the measured impedance.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 In addition, any combination of the above components, or mutual substitution of the components or expressions of the present invention between methods, devices, systems, etc., are also valid aspects of the present invention.

本発明によれば、好適な電気刺激強度を決定できる。 The present invention allows the appropriate electrical stimulation intensity to be determined.

実施の形態に係る電気刺激システムを示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an electrical stimulation system according to an embodiment; 図1の電気刺激装置の裏面図である。FIG. 2 is a rear view of the electrical stimulation device of FIG. 1 . 図1の電気刺激装置が被装着部に装着された状態を示す図である。2 is a diagram showing a state in which the electrical stimulation device of FIG. 1 is attached to a receiving part. FIG. 図1の電気刺激装置の機能構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a functional configuration of the electrical stimulation device of FIG. 1. 図1の端末の機能構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the terminal shown in FIG. 1 . 電圧値に関する導電率の2階微分値のイメージを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an image of a second derivative value of conductivity with respect to a voltage value. 導電率2階微分画像を表示する画面の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a screen displaying a second derivative image of electrical conductivity. 図1の電気刺激システムの効果を説明するための図である。2 is a diagram for explaining the effect of the electrical stimulation system of FIG. 1 . 変形例に係る端末の機能構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a functional configuration of a terminal according to a modified example. 図9の対応関係保持部に保持される対応関係データの一例を示す図である。10 is a diagram showing an example of correspondence data stored in a correspondence storage unit shown in FIG. 9 .

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The embodiments are illustrative and do not limit the invention, and all features and combinations described in the embodiments are not necessarily essential to the invention. The same reference numerals are used to denote identical or equivalent components, parts, and processes shown in each drawing, and duplicate descriptions will be omitted as appropriate.

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。 Before describing the invention in detail, let us provide an overview.

筋肉の筋繊維が収縮運動をすると、機械的な要因と化学的な要因により、外部から印加したときの電流密度(単位時間、単位断面積あたりに流れる電荷量)が大きくなる。すなわち、(1)機械的な要因としては、筋肉の内部に存在する動脈または静脈も収縮運動をおこし、一種のポンプ効果が現れ、流れる血流量(単位時間、単位断面積あたりに流れる血液の質量)が局所的に増加し、見かけ上、動脈または静脈内部の導電率も上昇し、結果として筋肉の電流密度が大きくなる。一方、化学的な要因としては、(2)この筋繊維の収縮運動は嫌気性代謝で、大量の乳酸を生成し、アデノシン三リン酸(ATP)の加水分解により水素イオン(H+)が発生するなどの現象が発生し、結果として筋肉の電流密度が大きくなる。つまり、筋肉が運動すると、筋肉の導電率が局所的に上昇する。 When muscle fibers contract, the current density (amount of charge flowing per unit time and unit cross-sectional area) increases when a current is applied from the outside due to mechanical and chemical factors. That is, (1) as a mechanical factor, the arteries or veins inside the muscle also contract, causing a kind of pump effect, locally increasing the amount of blood flowing (mass of blood flowing per unit time and unit cross-sectional area), and the electrical conductivity inside the arteries or veins also increases, resulting in an increase in the current density of the muscle. On the other hand, as a chemical factor, (2) the contraction of the muscle fibers is an anaerobic metabolism, producing large amounts of lactic acid, and phenomena such as the generation of hydrogen ions (H+) through the hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP) occur, resulting in an increase in the current density of the muscle. In other words, when muscles exercise, the electrical conductivity of the muscle increases locally.

本発明者らは、この知見を前提として、本実施の形態の電気刺激システムに想到した。本発明の実施の形態は、ユーザの筋肉に電気刺激を付与するための電気刺激システムに関し、特に、ユーザの筋肉に付与する好適な電気刺激強度を決定する機能、言い換えると刺激用電極に印加する好適な電気信号(電圧または電流)を決定する機能を有する電気刺激システムに関する。この決定のために、電気刺激システムは、刺激用電極に種々の電気信号を順次印加してユーザの筋肉に電気刺激を付与するとともに、ユーザのインピーダンスを測定する。電気刺激システムは、刺激用電極に印加された電気信号と、それぞれの電気信号を印加しているときに測定されたインピーダンスに基づく電気特定情報(例えば導電率)との関係の、電気信号に関する2階微分値を算出する。電気刺激システムは、2階微分値が最大となる電気信号に基づいて、トレーニングの際に刺激用電極に印加する好適な電気信号を決定する。 Based on this knowledge, the inventors have come up with the electrical stimulation system of the present embodiment. The embodiment of the present invention relates to an electrical stimulation system for applying electrical stimulation to a user's muscles, and in particular to an electrical stimulation system having a function of determining a suitable electrical stimulation intensity to be applied to the user's muscles, in other words, a function of determining a suitable electrical signal (voltage or current) to be applied to the stimulation electrodes. For this determination, the electrical stimulation system sequentially applies various electrical signals to the stimulation electrodes to apply electrical stimulation to the user's muscles and measures the impedance of the user. The electrical stimulation system calculates a second-order differential value of the electrical signal, which is a relationship between the electrical signal applied to the stimulation electrodes and electrical specific information (e.g., conductivity) based on the impedance measured when each electrical signal is applied. The electrical stimulation system determines a suitable electrical signal to be applied to the stimulation electrodes during training based on the electrical signal with the maximum second-order differential value.

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下では、電気刺激装置が刺激用電極に電圧を印加する場合を例に説明するが、これには限定されず、電気刺激装置は刺激用電極に電流を印加してもよい。 The following is a detailed description of an embodiment of the present invention. Note that, although the following description is given taking as an example a case in which the electrical stimulation device applies a voltage to the stimulation electrodes, the present invention is not limited to this, and the electrical stimulation device may also apply a current to the stimulation electrodes.

図1は、実施の形態に係る電気刺激システム100を示す模式図である。電気刺激システム100は、電気刺激装置10と、端末12と、を備える。電気刺激装置10は、ユーザの腕、脚または腹などの身体部位に装着される。以下、電気刺激装置10が装着された身体部位を被装着部と呼ぶ。電気刺激装置10は、被装着部の筋肉に電気刺激を与える。また、電気刺激装置10は、被装着部のインピーダンスを測定し、得られたインピーダンスデータを端末12に送信する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an electrical stimulation system 100 according to an embodiment. The electrical stimulation system 100 includes an electrical stimulation device 10 and a terminal 12. The electrical stimulation device 10 is attached to a body part of a user, such as an arm, a leg, or an abdomen. Hereinafter, the body part to which the electrical stimulation device 10 is attached is referred to as the attached part. The electrical stimulation device 10 applies electrical stimulation to the muscles of the attached part. The electrical stimulation device 10 also measures the impedance of the attached part and transmits the obtained impedance data to the terminal 12.

端末12は、表示部48を備える種々の情報処理端末である。端末12は、例えば、スマートフォンやタブレット端末であってもよい。端末12は、有線または無線により、電気刺激装置10と接続される。端末12は、ユーザの操作に応じて電気刺激装置10を制御する。 The terminal 12 is an information processing terminal having a display unit 48. The terminal 12 may be, for example, a smartphone or a tablet terminal. The terminal 12 is connected to the electrical stimulation device 10 by wire or wirelessly. The terminal 12 controls the electrical stimulation device 10 in response to a user's operation.

図2は、電気刺激装置10の裏面図である。図3は、電気刺激装置10が被装着部に装着された状態を示す図である。多くの場合、電気刺激装置10が装着される被装着部は、円柱形と見なすことができる。 Figure 2 is a rear view of the electrical stimulation device 10. Figure 3 is a diagram showing the electrical stimulation device 10 attached to a receiving part. In many cases, the receiving part on which the electrical stimulation device 10 is attached can be considered to be cylindrical.

電気刺激装置10は、基材14と、被装着部の筋肉に電気刺激を付与するための第1刺激用電極16および第2刺激用電極18と、測定用電極20で総称される、被装着部のインピーダンスを測定するための測定用電極20_1~20_16と、制御ユニット22と、を備える。刺激用電極の数は、複数であればよく、2つに限定されない。また、測定用電極20の数は、複数であればよく、16に限定されない。 The electrical stimulation device 10 includes a base material 14, a first stimulating electrode 16 and a second stimulating electrode 18 for applying electrical stimulation to the muscles of the worn part, measuring electrodes 20_1 to 20_16 for measuring the impedance of the worn part, collectively referred to as measuring electrodes 20, and a control unit 22. The number of stimulating electrodes may be any number greater than one, and is not limited to two. The number of measuring electrodes 20 may be any number greater than one, and is not limited to 16.

基材14は、被装着部に装着される部材であり、展開時には平坦なシート状を呈する。第1刺激用電極16および第2刺激用電極18は、基材14の裏面14aに設けられる。第1刺激用電極16および第2刺激用電極18は、被装着部の周囲を周回するX方向に延在する略矩形状を有し、X方向に直交するY方向に互いに離間する。第1刺激用電極16および第2刺激用電極18はそれぞれ、基材14の裏面14aに設けられる24によって制御ユニット22と電気的に接続される。 The base material 14 is a member that is attached to the part to be attached, and is in the form of a flat sheet when unfolded. The first stimulating electrode 16 and the second stimulating electrode 18 are provided on the back surface 14a of the base material 14. The first stimulating electrode 16 and the second stimulating electrode 18 have a generally rectangular shape that extends in the X direction around the periphery of the part to be attached, and are spaced apart from each other in the Y direction perpendicular to the X direction. The first stimulating electrode 16 and the second stimulating electrode 18 are each electrically connected to the control unit 22 by 24 provided on the back surface 14a of the base material 14.

複数の測定用電極20は、基材14の裏面14aに設けられる。複数の測定用電極20は、第1、第2刺激用電極16,18によって電気刺激される筋肉のインピーダンスを測定可能に設けられる。複数の測定用電極20のうちの少なくとも1つ(この例では6つ)の測定用電極20は、第1刺激用電極16と第2刺激用電極18との間に位置する。複数の測定用電極20は、X方向に一列に等間隔に並び、被装着部を環囲する。複数の測定用電極20はそれぞれ、基材14の裏面14aに設けられる配線26によって制御ユニット22と電気的に接続される。 The multiple measurement electrodes 20 are provided on the back surface 14a of the substrate 14. The multiple measurement electrodes 20 are provided so as to be able to measure the impedance of the muscle electrically stimulated by the first and second stimulating electrodes 16, 18. At least one of the multiple measurement electrodes 20 (six in this example) is located between the first stimulating electrode 16 and the second stimulating electrode 18. The multiple measurement electrodes 20 are arranged in a row at equal intervals in the X direction and surround the attachment part. Each of the multiple measurement electrodes 20 is electrically connected to the control unit 22 by wiring 26 provided on the back surface 14a of the substrate 14.

配線24,26は、被装着部に接触しないように絶縁膜でコーティングされる。配線24,26は、基材14に埋め込まれてもよく、この場合、基材14が絶縁体であれば配線24,26を絶縁膜でコーティングしなくてもよい。 The wires 24, 26 are coated with an insulating film so that they do not come into contact with the mounting portion. The wires 24, 26 may be embedded in the substrate 14. In this case, if the substrate 14 is an insulator, the wires 24, 26 do not need to be coated with an insulating film.

制御ユニット22は、電子ユニットであり、基材14内に保持される。制御ユニット22は、第1、第2刺激用電極16,18への筋肉刺激用の電圧の印加を制御する。電気刺激装置10は、特に限定されないが1から20までの20の電気刺激強度を選択できる。言い換えると、電気刺激装置10は、第1、第2刺激用電極16,18に印加する筋肉刺激用の電圧について、1から20までの20の電圧レベルを選択できる。筋肉刺激用の電圧値は電圧レベルの1次関数であり、電圧レベルが高くなるほど筋肉刺激用の電圧値は高くなる。また制御ユニット22は、複数の測定用電極20によるインピーダンスの測定を制御したりする。 The control unit 22 is an electronic unit and is held within the substrate 14. The control unit 22 controls the application of a muscle stimulation voltage to the first and second stimulation electrodes 16, 18. The electrical stimulation device 10 can select, but is not limited to, 20 electrical stimulation intensities from 1 to 20. In other words, the electrical stimulation device 10 can select 20 voltage levels from 1 to 20 for the muscle stimulation voltage to be applied to the first and second stimulation electrodes 16, 18. The muscle stimulation voltage value is a linear function of the voltage level, and the higher the voltage level, the higher the muscle stimulation voltage value. The control unit 22 also controls the measurement of impedance using the multiple measurement electrodes 20.

図4は、電気刺激装置10の機能構成を示すブロック図である。図4に示す制御部ユニットの各ブロックは、ハードウエア構成としてはコンピュータのCPU(Central Processing Unit)やメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウエア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。図5の各ブロックについても同様である。 Figure 4 is a block diagram showing the functional configuration of the electrical stimulation device 10. Each block of the control unit shown in Figure 4 is realized as a hardware configuration by elements and circuits such as a computer's CPU (Central Processing Unit) and memory, and as a software configuration by a computer program, etc., but here, the functional blocks realized by the cooperation of these are depicted. Therefore, those skilled in the art who have read this specification will understand that these functional blocks can be realized in various ways by combining hardware and software. The same applies to each block in Figure 5.

制御ユニット22は、電源部30と、電気刺激制御部32と、測定制御部34と、通信部36と、を備える。電源部30は、リチウムイオン電池等の二次電池であるが、交換可能な一次電池であってもよい。電源部30は、電気刺激制御部32および通信部36に電気的に接続され、それらに電力を供給する。なお、制御ユニット22に電源ボタンが設けられてもよく、その電源ボタンの操作に応じて電源部30をオン/オフしてもよい。 The control unit 22 includes a power supply section 30, an electrical stimulation control section 32, a measurement control section 34, and a communication section 36. The power supply section 30 is a secondary battery such as a lithium ion battery, but may also be a replaceable primary battery. The power supply section 30 is electrically connected to the electrical stimulation control section 32 and the communication section 36 and supplies power to them. A power button may be provided on the control unit 22, and the power supply section 30 may be turned on/off in response to the operation of the power button.

通信部36は、端末12の通信部46(後述)との間で情報を送受信する。通信部36は、無線通信、例えばBluetooth(登録商標)などの近距離無線通信により情報を送受信してもよい。 The communication unit 36 transmits and receives information to and from a communication unit 46 (described later) of the terminal 12. The communication unit 36 may transmit and receive information via wireless communication, for example, short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark).

電気刺激制御部32は、端末12から受信する制御指示に応じて、第1、第2刺激用電極16,18への電圧の印加を制御する。電気刺激制御部32は、所定の周波数(例えば20Hz)で第1刺激用電極16と第2刺激用電極18との間に電圧を印加したり、その電圧の印加を停止したりする。すなわち、電気刺激制御部32は、被装着部に電気刺激を付与したり、被装着部への電気刺激の付与を停止したりする。 The electrical stimulation control unit 32 controls the application of voltage to the first and second stimulation electrodes 16, 18 in response to control instructions received from the terminal 12. The electrical stimulation control unit 32 applies a voltage between the first stimulation electrode 16 and the second stimulation electrode 18 at a predetermined frequency (e.g., 20 Hz) or stops the application of the voltage. That is, the electrical stimulation control unit 32 applies electrical stimulation to the worn part or stops the application of electrical stimulation to the worn part.

測定制御部34は、端末12から受信する制御指示に応じて、複数の測定用電極20による被装着部のインピーダンスデータの取得を制御する。例えば、測定制御部34は、複数の測定用電極20のうちの一対の測定用電極20(例えば、測定用電極20_1と測定用電極20_2との間)に微弱電流、例えばユーザが感知できない1mA以下の電流を供給する。測定制御部34は、一対の測定用電極20に微弱電流を流す間に、他の測定用電極20(測定用電極20_3~20_16)のそれぞれの間に生じる電位差を測定する。電流を流す測定用電極20を測定用電極20_2と測定用電極20_3、測定用電極20_3と測定用電極20_4、・・・と順次変更しながら電位差を測定することで、被装着部の断層におけるインピーダンスデータを取得する。ここでのインピーダンスデータは、抵抗値(導電率の関数)と電気容量(キャパシタンス、誘電率の関数)とを含むデータである。測定制御部34は、取得したインピーダンスデータを端末12に送信する。 The measurement control unit 34 controls the acquisition of impedance data of the attached part by the multiple measurement electrodes 20 in response to a control instruction received from the terminal 12. For example, the measurement control unit 34 supplies a weak current, for example, a current of 1 mA or less that the user cannot sense, to a pair of the measurement electrodes 20 (for example, between the measurement electrodes 20_1 and 20_2) among the multiple measurement electrodes 20. The measurement control unit 34 measures the potential difference generated between each of the other measurement electrodes 20 (measurement electrodes 20_3 to 20_16) while passing a weak current through the pair of measurement electrodes 20. The measurement control unit 34 obtains impedance data in the layer of the attached part by measuring the potential difference while sequentially changing the measurement electrodes 20 through which the current flows, from the measurement electrodes 20_2 and 20_3, to the measurement electrodes 20_3 and 20_4, .... The impedance data here is data including a resistance value (a function of conductivity) and an electric capacity (capacitance, a function of dielectric constant). The measurement control unit 34 transmits the acquired impedance data to the terminal 12.

なお、電気刺激を付与している瞬間のインピーダンスデータは、電気刺激のために印加する電力に埋もれて取得できないときがある。そのため測定制御部34は、所定の周波数の電気刺激を付与しているときにインピーダンスデータを取得する場合、電気刺激を付与する瞬間を避けたタイミングで、すなわち電気刺激と電気刺激の間のタイミングでインピーダンスデータを取得すればよく、あるいはフーリエ変換などのノイズ処理を適用すればよい。 In some cases, impedance data at the moment electrical stimulation is applied cannot be obtained because it is buried in the power applied for electrical stimulation. Therefore, when the measurement control unit 34 obtains impedance data while electrical stimulation of a predetermined frequency is being applied, it can obtain the impedance data at a timing that avoids the moment electrical stimulation is applied, that is, at a timing between electrical stimulations, or it can apply noise processing such as Fourier transform.

図5は、端末12の機能構成を示すブロック図である。端末12は、電気刺激強度決定部40と、トレーニング制御部42と、表示制御部44と、通信部46と、表示部48と、を含む。表示部48は、液晶パネルや有機ELパネルなどのタッチパネル式表示装置であり、情報を画面に表示するとともに、ユーザの操作入力を受け付ける。 Figure 5 is a block diagram showing the functional configuration of the terminal 12. The terminal 12 includes an electrical stimulation intensity determination unit 40, a training control unit 42, a display control unit 44, a communication unit 46, and a display unit 48. The display unit 48 is a touch panel display device such as a liquid crystal panel or an organic EL panel, and displays information on the screen and accepts user input.

電気刺激強度決定部40は、ユーザの筋肉に付与する好適な電気刺激強度を決定する。言い換えると、電気刺激強度決定部40は、第1、第2刺激用電極16,18に印加する好適な電圧レベル(以下、好適電圧レベルという)ひいては好適な筋肉刺激用の電圧値(以下、好適電圧値という)を決定する。 The electrical stimulation intensity determination unit 40 determines the suitable electrical stimulation intensity to be applied to the user's muscles. In other words, the electrical stimulation intensity determination unit 40 determines the suitable voltage level (hereinafter referred to as the suitable voltage level) to be applied to the first and second stimulation electrodes 16, 18, and thus the suitable voltage value for stimulating the muscles (hereinafter referred to as the suitable voltage value).

電気刺激強度決定部40は、導電率取得部50と、筋区画抽出部51と、微分値算出部52と、好適電圧決定部54と、を含む。 The electrical stimulation intensity determination unit 40 includes a conductivity acquisition unit 50, a compartment extraction unit 51, a differential value calculation unit 52, and a preferred voltage determination unit 54.

導電率取得部50は、第1、第2刺激用電極16,18に種々の電圧を順次印加したときの導電率分布を取得する。詳しくは導電率取得部50は、電気刺激装置10の制御ユニット22に、第1、第2刺激用電極16,18に種々の電圧レベルの電圧を順次印加して筋肉を刺激するとともに、そのときの被装着部のインピーダンスを測定する制御指示を送信する。導電率取得部50は、制御指示に対する応答として電気刺激装置10からインピーダンスデータを受信すると、電圧レベルごとの被装着部の導電率分布(すなわち断層画像)を再構成する。導電率取得部50による再構成は、公知の再構成方法によって実現されればよい。 The conductivity acquisition unit 50 acquires the conductivity distribution when various voltages are applied sequentially to the first and second stimulating electrodes 16, 18. In more detail, the conductivity acquisition unit 50 transmits a control instruction to the control unit 22 of the electrical stimulation device 10 to sequentially apply various voltage levels to the first and second stimulating electrodes 16, 18 to stimulate the muscles and measure the impedance of the attached part at that time. When the conductivity acquisition unit 50 receives impedance data from the electrical stimulation device 10 in response to the control instruction, it reconstructs the conductivity distribution (i.e., a tomographic image) of the attached part for each voltage level. The reconstruction by the conductivity acquisition unit 50 may be achieved by a known reconstruction method.

導電率取得部50は、ユーザが指定する電圧レベルまでの複数の電圧を順次印加してもよい。導電率取得部50は、ユーザが指定する電圧レベルまでの全ての電圧レベルの電圧を順次印加してもよいし、1つまたは複数飛ばしで順次印加してもよい。例えば、電圧レベル14までの電圧レベルの電圧を順次印加する場合、電圧レベルの電圧を1つ飛ばしで順次印加してもよい。つまり、電圧レベル2,4,6,8,10,12,14の電圧レベルの電圧を順次印加してもよい。 The conductivity acquisition unit 50 may sequentially apply multiple voltages up to a voltage level specified by the user. The conductivity acquisition unit 50 may sequentially apply voltages of all voltage levels up to the voltage level specified by the user, or may sequentially apply voltages skipping one or more voltage levels. For example, when sequentially applying voltages up to voltage level 14, the voltage levels may be sequentially applied skipping one voltage level. In other words, voltage levels 2, 4, 6, 8, 10, 12, and 14 may be sequentially applied.

導電率取得部50による制御指示は、例えば、(a)第1、第2刺激用電極16,18に5分間電圧を印加して被装着部に電気刺激を付与し、電気刺激の付与が終了したら、(b)被装着部のインピーダンスを測定し、インピーダンスの測定が終了したら、(c)電気刺激の付与もインピーダンスの測定もせずに例えば10分間休憩し、電圧レベルを上げて(a)~(c)を繰り返す指示であってもよい。 The control instruction by the conductivity acquisition unit 50 may be, for example, an instruction to (a) apply a voltage to the first and second stimulating electrodes 16, 18 for 5 minutes to provide electrical stimulation to the attached part, and when the application of electrical stimulation is completed, (b) measure the impedance of the attached part, and when the impedance measurement is completed, (c) take a break for, for example, 10 minutes without providing electrical stimulation or measuring impedance, and then increase the voltage level and repeat (a) to (c).

筋区画抽出部51は、各電圧レベルでの導電率分布(断層画像)から、特定の筋区画(以下、特定筋区画という)の導電率分布を抽出する。特定筋区画は、例えばユーザが指定してもよいし、また例えば導電率が最も高い筋区画であってもよい。導電率が最も高い筋区画は、導電率の空間平均値が最も高い筋区画であってもよいし、導電率の最大値が最も高い筋区画であってもよいし。 The compartment extraction unit 51 extracts the conductivity distribution of a specific compartment (hereinafter, referred to as a specific compartment) from the conductivity distribution (tomographic image) at each voltage level. The specific compartment may be, for example, specified by the user, or may be, for example, the compartment with the highest conductivity. The compartment with the highest conductivity may be the compartment with the highest spatial average conductivity, or the compartment with the highest maximum conductivity.

例えば被装着部が下腿である場合、特定筋区画は、腓腹筋、前脛骨筋、長指伸筋、長腓骨筋およびヒラメ筋の各筋区画のうちのいずれかの筋区画である。例えば、腓腹筋に電気刺激を付与するために下腿の後ろ側に第1、第2刺激用電極16,18が接触するように電気刺激装置10を装着する場合、腓腹筋を特定筋区画として指定すればよい。あるいは、その場合、必然的に腓腹筋が導電率が最も高い筋区画すなわち特定筋区画として特定される。 For example, when the part to be fitted is the lower leg, the specific compartment is any one of the compartments of the gastrocnemius, tibialis anterior, extensor digitorum longus, peroneus longus, and soleus. For example, when the electrical stimulation device 10 is fitted so that the first and second stimulating electrodes 16, 18 contact the rear side of the lower leg in order to apply electrical stimulation to the gastrocnemius, the gastrocnemius can be specified as the specific compartment. Alternatively, in this case, the gastrocnemius is necessarily specified as the compartment with the highest electrical conductivity, i.e., the specific compartment.

微分値算出部52は、特定筋区画の各電圧レベルでの導電率分布について、印加した電圧値と導電率との関係の電圧値に関する2階微分値を算出する。詳しくは、微分値算出部52は、特定筋区画の各電圧レベルでの導電率分布から、特定筋区画の各位置について、電圧値に関する導電率の2階微分値を算出する。図6は、電圧値に関する導電率の2階微分値のイメージを示す模式図である。図6の各断層画像は、下腿の導電率の2階微分値を示す。図6において、+x方向は右方向、+y方向は前方向、φ方向は電圧値の方向を示す。 The differential value calculation unit 52 calculates the second-order differential value with respect to the voltage value of the relationship between the applied voltage value and the conductivity for the conductivity distribution at each voltage level of the specific muscle compartment. In detail, the differential value calculation unit 52 calculates the second-order differential value of the conductivity with respect to the voltage value for each position of the specific muscle compartment from the conductivity distribution at each voltage level of the specific muscle compartment. Figure 6 is a schematic diagram showing an image of the second-order differential value of the conductivity with respect to the voltage value. Each tomographic image in Figure 6 shows the second-order differential value of the conductivity of the lower leg. In Figure 6, the +x direction indicates the right direction, the +y direction indicates the forward direction, and the φ direction indicates the direction of the voltage value.

微分値算出部52は、本実施の形態では、差分近似により2階微分値(2階差分値)を算出する。ここでは、差分近似として中心差分が用いられ、特定筋区画の各位置の2階微分値は以下の式(1)により算出される。なお、差分近似には、前進差分または後退差分が用いられてもよい。

Figure 0007701698000001
ここで、
φ:電圧値
Δφ:隣接する電圧レベル同士の電圧値の差(ステップサイズ)
σφベクトル:電圧値φを印加したときの特定筋区画の導電率分布
である。
なお、電圧レベルをn個飛ばしで順次印加する場合は、式(1)のΔφをnΔφとすればよい。 In this embodiment, the differential value calculation unit 52 calculates the second-order differential value (second-order difference value) by difference approximation. Here, a central difference is used as the difference approximation, and the second-order differential value at each position of the specific compartment is calculated by the following formula (1). Note that a forward difference or a backward difference may be used for the difference approximation.
Figure 0007701698000001
Where:
φ: Voltage value Δφ: Difference in voltage value between adjacent voltage levels (step size)
σφ vector: Electrical conductivity distribution of a specific muscle compartment when a voltage value φ is applied.
When voltage levels are applied in sequence, every nth level, Δφ in equation (1) should be set to nΔφ.

好適電圧決定部54は、好適電圧レベルひいては好適電圧を決定する。好適電圧決定部54は、2階微分値が最大となる電圧レベル(以下、最大電圧レベルという)に基づいて、好適電圧レベルを決定する。 The preferred voltage determination unit 54 determines the preferred voltage level and therefore the preferred voltage. The preferred voltage determination unit 54 determines the preferred voltage level based on the voltage level at which the second differential value is maximum (hereinafter referred to as the maximum voltage level).

例えば最大電圧レベルは、特定筋区画の各位置における2階微分値(2階差分値)の空間平均が最大となる電圧レベルであってもよい。また例えば最大電圧レベルは、特定筋区画の各位置における2階微分値(2階差分値)と印加電圧との関係についてカーブフィッティングを実行して得られる近似曲線の最大値における電圧レベルであってもよい。カーブフィッティングには、最小二乗法などの公知の手法を用いればよい。 For example, the maximum voltage level may be the voltage level at which the spatial average of the second derivative (second difference value) at each position of the specific muscle compartment is maximized. Alternatively, the maximum voltage level may be the voltage level at the maximum value of an approximation curve obtained by performing curve fitting on the relationship between the second derivative (second difference value) at each position of the specific muscle compartment and the applied voltage. A known method such as the least squares method may be used for the curve fitting.

また例えば最大電圧レベルは、特定筋区画のうちの代表位置における2階微分値(2階差分値)が最大となる電圧レベルであってもよい。また例えば最大電圧レベルは、特定筋区画のうちの代表位置における2階微分値(2階差分値)と印加電圧との関係についてカーブフィッティングを実行して得られる近似曲線の最大値における電圧レベルであってもよい。 For example, the maximum voltage level may be a voltage level at which the second derivative (second difference value) at a representative position of a specific muscle compartment is maximum.For example, the maximum voltage level may be a voltage level at the maximum value of an approximation curve obtained by performing curve fitting on the relationship between the second derivative (second difference value) at a representative position of a specific muscle compartment and the applied voltage.

例えば好適電圧決定部54は、最大電圧レベルを好適電圧レベルと決定してもよい。この場合、効率的に筋肉をトレーニングできる。また例えば好適電圧決定部54は、最大電圧レベルに所定の安全率(例えば0.8)を乗じて得られる電圧レベルを好適電圧レベルと決定してもよい。この場合、適度に筋肉をトレーニングできる。 For example, the preferred voltage determination unit 54 may determine the maximum voltage level as the preferred voltage level. In this case, the muscles can be trained efficiently. In addition, for example, the preferred voltage determination unit 54 may determine the voltage level obtained by multiplying the maximum voltage level by a predetermined safety factor (e.g., 0.8) as the preferred voltage level. In this case, the muscles can be trained appropriately.

また例えば好適電圧決定部54は、最大電圧レベルにユーザの運動目的(例えば筋肉増強、持久力強化、ダイエット、リハビリテーションなど)や属性(例えば年齢、性別、身長、体重など)に応じた係数を乗じて得られる電圧レベルを好適電圧レベルと決定してもよい。例えば、筋肉増強、持久力強化、ダイエット、リハビリテーションの運動目的の順に係数が大きくてもよい。また例えば、18~49歳に比べて、17歳以下および50歳以上の安全率が低くても(1.0から遠くても)よい。運動目的や属性は、予めユーザによって入力され、端末12に保持されればよい。 For example, the preferred voltage determination unit 54 may determine the preferred voltage level as the voltage level obtained by multiplying the maximum voltage level by a coefficient according to the user's exercise purpose (e.g., muscle building, endurance improvement, dieting, rehabilitation, etc.) or attributes (e.g., age, sex, height, weight, etc.). For example, the coefficients may be larger for the exercise purposes of muscle building, endurance improvement, dieting, and rehabilitation in that order. Also, for example, the safety factor may be lower (further from 1.0) for those aged 17 or younger and those aged 50 or older than 18 to 49 years old. The exercise purpose and attributes may be input in advance by the user and stored in the terminal 12.

トレーニング制御部42は、電気刺激装置10の制御ユニット22に電気刺激に関する制御指示を送信することにより、制御ユニット22ひいては電気刺激装置10による電気刺激を制御する。制御指示は例えば、電圧レベルを含む電気刺激の開始指示や、終了指示である。この電圧レベルには、好適電圧決定部54が決定した好適電圧レベルが設定されてもよく、例えば自動で設定されてもよい。 The training control unit 42 controls the control unit 22 and thus the electrical stimulation by the electrical stimulation device 10 by transmitting control instructions regarding the electrical stimulation to the control unit 22 of the electrical stimulation device 10. The control instructions are, for example, instructions to start or end the electrical stimulation including a voltage level. This voltage level may be set to a preferred voltage level determined by the preferred voltage determination unit 54, or may be set automatically, for example.

また、トレーニング制御部42は、電気刺激装置10の制御ユニット22にインピーダンスデータの取得指示を送信することにより、制御ユニット22ひいては電気刺激装置10によるインピーダンスの取得を制御する。トレーニング制御部42は、電気刺激装置10からインピーダンスデータを受信すると、被装着部の導電率分布(すなわち断層画像)を再構成する。トレーニング制御部42による再構成は、公知の再構成方法によって実現されればよい。 The training control unit 42 also controls the acquisition of impedance by the control unit 22 and thus the electrical stimulation device 10 by sending an instruction to acquire impedance data to the control unit 22 of the electrical stimulation device 10. When the training control unit 42 receives impedance data from the electrical stimulation device 10, it reconstructs the conductivity distribution (i.e., a tomographic image) of the applied part. The reconstruction by the training control unit 42 may be achieved by a known reconstruction method.

表示制御部44は、表示部48への表示を制御する。例えば表示制御部44は、各位置の導電率の2階微分(差分)値を示す画像(すなわち導電率2階微分画像)を表示部48に表示する。図7は、導電率2階微分画像を表示する画面の一例を示す図である。この画面を表示部48に表示することで、画像から最大電圧レベルを特定することもできる。 The display control unit 44 controls the display on the display unit 48. For example, the display control unit 44 displays an image showing the second derivative (difference) value of the conductivity at each position (i.e., a conductivity second derivative image) on the display unit 48. FIG. 7 is a diagram showing an example of a screen displaying a conductivity second derivative image. By displaying this screen on the display unit 48, it is also possible to identify the maximum voltage level from the image.

また例えば表示制御部44は、好適電圧値決定部が決定した好適電圧レベルを表示部48に表示する。また例えば表示制御部44は、トレーニングの際の被装着部の導電率分布を示す断層画像を表示部48に表示する。 For example, the display control unit 44 displays the preferred voltage level determined by the preferred voltage value determination unit on the display unit 48. For example, the display control unit 44 displays a tomographic image showing the conductivity distribution of the attachment part during training on the display unit 48.

以上が電気刺激システム100の基本構成である。続いてその動作を説明する。ここでは、好適電圧レベルを決定する動作について説明する。 The above is the basic configuration of the electrical stimulation system 100. Next, we will explain its operation. Here, we will explain the operation of determining the preferred voltage level.

ユーザは、電気刺激装置10を装着後、端末12に好適電圧レベルを決定するための処理の開始指示を入力する。端末12は、電気刺激装置10に、第1、第2刺激用電極16,18に種々の電圧レベルの電圧を順次印加して筋肉を刺激するとともに、そのときの被装着部のインピーダンスを測定する制御指示を送信する。電気刺激装置10は、制御指示を受信すると、電気刺激の付与とインピーダンスの測定を、休憩を挟みながら繰り返し実行する。端末12は、制御指示に対する応答として電気刺激装置10からインピーダンスデータを受信すると、付与した電気刺激強度のレベルごとに被装着部の導電率分布を再構成する。端末12は、電圧レベルごとの導電率分布から、特定筋区画の導電率分布を抽出する。端末12は、抽出した特定筋区画の導電率分布について、電圧値と導電率分布との関係の電圧値に関する2階微分値(2階差分値)を算出する。端末12は、電圧値に関する導電率の2階微分値が最大となる電圧値に基づいて、好適電圧値を決定する。 After wearing the electrical stimulation device 10, the user inputs an instruction to start processing for determining a suitable voltage level to the terminal 12. The terminal 12 transmits a control instruction to the electrical stimulation device 10 to sequentially apply various voltage levels to the first and second stimulation electrodes 16, 18 to stimulate the muscles and measure the impedance of the attached part at that time. When the electrical stimulation device 10 receives the control instruction, it repeatedly applies electrical stimulation and measures the impedance with breaks in between. When the terminal 12 receives impedance data from the electrical stimulation device 10 in response to the control instruction, it reconstructs the conductivity distribution of the attached part for each level of the applied electrical stimulation intensity. The terminal 12 extracts the conductivity distribution of a specific muscle compartment from the conductivity distribution for each voltage level. The terminal 12 calculates the second-order differential value (second-order difference value) of the voltage value of the relationship between the voltage value and the conductivity distribution for the extracted conductivity distribution of the specific muscle compartment. The terminal 12 determines the suitable voltage value based on the voltage value at which the second-order differential value of the conductivity with respect to the voltage value is maximum.

以上が電気刺激システム100の動作である。続いて、本実施の形態が奏する効果について説明する。 The above is the operation of the electrical stimulation system 100. Next, we will explain the effects of this embodiment.

図8(a)~(c)は、本実施の形態に係る電気刺激システム100の効果を説明するための図である。図8(a)は、電気刺激装置10により、或る代表的な被験者に電圧レベル2,4,6,8,10,12,14の電圧をそれぞれ印加したときの特定筋区画の導電率の平均値を示すグラフであり、図8(b)、(c)はその1階微分値、2階微分値を示すグラフである。なお、特に限定しないが、この例では、電圧レベル2,4,6,8,10,12,14の電圧はそれぞれ以下の通りである。
電圧レベル2 :13.57V
電圧レベル4 :16.71V
電圧レベル6 :19.85V
電圧レベル8 :22.99V
電圧レベル10:26.13V
電圧レベル12:29.27V
電圧レベル14:32.41V
8(a) to 8(c) are diagrams for explaining the effect of the electrical stimulation system 100 according to the present embodiment. Fig. 8(a) is a graph showing the average conductivity of a specific compartment when voltages of levels 2, 4, 6, 8, 10, 12, and 14 are applied to a representative subject by the electrical stimulation device 10, and Figs. 8(b) and 8(c) are graphs showing the first and second derivatives. In this example, the voltages of the voltage levels 2, 4, 6, 8, 10, 12, and 14 are as follows, although not particularly limited thereto.
Voltage level 2: 13.57V
Voltage level 4: 16.71V
Voltage level 6: 19.85V
Voltage level 8: 22.99V
Voltage level 10: 26.13V
Voltage level 12: 29.27V
Voltage level 14: 32.41V

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、筋肉刺激用の電圧と、その電圧を印加したときの筋肉の導電率との関係は、概ねシグモイド関数をX軸方向にオフセットさせた関数に従うことを発見した。つまり、筋肉刺激用の電圧を上昇させたときの筋肉の導電率は、或る程度の電圧までは緩やかに上昇し、その後急激に上昇し、さらにその後は緩やかに上昇することを発見した。この特徴は、図8(a)からも見て取れる。導電率が当該関数に従う場合、2階微分値が最大になる電圧は、1階微分値が最大になる電圧よりも必ず低くなる。 After extensive research, the inventors discovered that the relationship between the voltage for stimulating muscles and the conductivity of the muscles when that voltage is applied roughly follows a function that is a sigmoid function offset in the X-axis direction. In other words, they discovered that when the voltage for stimulating muscles is increased, the conductivity of the muscles increases slowly up to a certain voltage, then increases rapidly, and then increases slowly again. This characteristic can also be seen in Figure 8(a). When the conductivity follows this function, the voltage at which the second derivative is maximized will always be lower than the voltage at which the first derivative is maximized.

本発明者らが多数の被験者を対象に行った検証では、1階微分値が最大となる電圧あたりから、人によっては電気刺激により多少の痛みを感じ始めることがわかっている。また、図8(b)から明らかなように、1階微分値が最大となる電圧を超えると、それ以上に電圧を上げても導電率の上昇が鈍くなる。つまり、筋肉の収縮量の上昇が鈍くなる。したがって、1階微分値が最大となる電圧以上の電圧を印加しても、痛みが強くなる割に、トレーニングの効率は上がらないといえる。 The inventors' tests on a large number of subjects have shown that some people begin to feel some pain from electrical stimulation at around the voltage at which the first derivative is at its maximum. As is clear from FIG. 8(b), once the voltage exceeds the voltage at which the first derivative is at its maximum, the increase in conductivity slows down even if the voltage is increased beyond that. In other words, the increase in the amount of muscle contraction slows down. Therefore, it can be said that applying a voltage above the voltage at which the first derivative is at its maximum does not improve the efficiency of training, despite the increased pain.

一方で、2階微分値が最大になる電圧は、上述のように、1階微分値が最大になる電圧よりも必ず低くなる。そのため、2階微分値が最大になる電圧は、1階微分値が最大となる電圧と比べ、より安全(快適)な電圧といえる。また、本発明者らが多数の被験者を対象に行った検証では、2階微分値が最大になる電圧を印加しても痛みを感じる人はほとんどいなかった。また、2階微分値の最大になる電圧は、1階微分値が最大となる電圧と比べてそれほど低い電圧ではなく、したがって筋肉をそれなりに収縮させることができる。 On the other hand, as mentioned above, the voltage at which the second differential value is maximized is always lower than the voltage at which the first differential value is maximized. Therefore, the voltage at which the second differential value is maximized can be said to be a safer (more comfortable) voltage than the voltage at which the first differential value is maximized. Furthermore, in a test conducted by the inventors on a large number of subjects, almost no one felt pain even when a voltage at which the second differential value was maximized was applied. Furthermore, the voltage at which the second differential value is maximized is not that low compared to the voltage at which the first differential value is maximized, and therefore the muscles can be contracted to a certain extent.

以上より、2階微分値が最大になる電圧すなわち最大電圧レベルに基づいて好適電圧レベルを決定すれば、安全かつ効率的に筋肉をトレーニングできることがわかる。 From the above, it can be seen that muscles can be trained safely and efficiently by determining the suitable voltage level based on the voltage at which the second derivative is maximized, i.e., the maximum voltage level.

また、本実施の形態によれば、特定筋区画の導電率分布が抽出され、抽出された導電率分布に基づいて2階微分値が算出される。これにより、より的確に特定筋区画に電圧レベルを決定できる。 In addition, according to this embodiment, the conductivity distribution of a specific muscle compartment is extracted, and a second-order differential value is calculated based on the extracted conductivity distribution. This makes it possible to more accurately determine the voltage level for a specific muscle compartment.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on an embodiment. This embodiment is merely an example, and those skilled in the art will understand that various modifications are possible in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. Below, such modifications are described.

(変形例1)
実施の形態では特に言及しなかったが、脂肪の厚さと好適電圧レベルとの間には或る程度の相関関係があり、脂肪が厚いほど好適電圧レベルが高くなる傾向にある。そこで本変形例では、脂肪の厚さを特定し、特定した脂肪の厚さから好適電圧レベルの候補(以下、好適電圧レベル候補という)を特定する。そして導電率取得部50による導電率分布の取得では、好適電圧レベル候補に基づく所定の電圧レベルの範囲の電圧レベルの電圧を、順次印加する。以下、実施の形態との相違点を中心に説明する。
(Variation 1)
Although not specifically mentioned in the embodiment, there is a certain correlation between fat thickness and the preferred voltage level, and the thicker the fat, the higher the preferred voltage level tends to be. Therefore, in this modification, the fat thickness is specified, and a suitable voltage level candidate (hereinafter referred to as a suitable voltage level candidate) is specified from the specified fat thickness. Then, when the conductivity acquisition unit 50 acquires the conductivity distribution, voltages of a predetermined voltage level range based on the suitable voltage level candidate are sequentially applied. The following mainly describes the differences from the embodiment.

図9は、変形例に係る端末12の機能構成を示すブロック図である。本変形例の電気刺激強度決定部40は、導電率取得部50と、筋区画抽出部51と、微分値算出部52と、好適電圧決定部54と、脂肪厚さ特定部56と、候補決定部58と、対応関係保持部60と、を含む。 Figure 9 is a block diagram showing the functional configuration of the terminal 12 according to the modified example. The electrical stimulation intensity determination unit 40 of this modified example includes a conductivity acquisition unit 50, a compartment extraction unit 51, a differential value calculation unit 52, a preferred voltage determination unit 54, a fat thickness determination unit 56, a candidate determination unit 58, and a correspondence relationship storage unit 60.

対応関係保持部60は、被装着部の脂肪の厚さと、好適電圧レベル候補との対応関係データを保持する。図10は、対応関係データの一例を示す図である。この例では、対応関係データは、脂肪の厚さの範囲と、好適電圧レベル候補とを対応付けたデータである。 The correspondence storage unit 60 stores correspondence data between the fat thickness of the attachment portion and suitable voltage level candidates. FIG. 10 is a diagram showing an example of the correspondence data. In this example, the correspondence data is data that associates a range of fat thickness with suitable voltage level candidates.

対応関係は、予め、数多くのユーザについて、例えば電気刺激システム100を用いて、脂肪の厚さを後述のように特定し、さらに好適電圧レベルを後述のように特定し、特定されたそれらのデータに基づいて作成されればよい。 The correspondence relationship may be created in advance for a large number of users, for example, by using the electrical stimulation system 100 to identify fat thickness as described below, and then to identify a suitable voltage level as described below, based on the identified data.

脂肪厚さ特定部56は、被装着部の脂肪の厚さを特定する。脂肪厚さ特定部56は、電気刺激装置10の制御ユニット22に、インピーダンスの測定を指示する制御指示を送信する。脂肪厚さ特定部56は、制御指示に対する応答として電気刺激装置10からインピーダンスデータを受信すると、被装着部の導電率分布(断層画像)を再構成する。脂肪厚さ特定部56による再構成は、公知の再構成方法によって実現されればよい。脂肪厚さ特定部56は、脂肪、筋肉および骨の導電率の違いから、例えばフィルタ処理によって、被装着部の導電率分布から脂肪の導電率分布を特定する。脂肪厚さ特定部56は、特定した脂肪の導電率分布から、脂肪の厚さを特定する。脂肪の厚さは、代表値であってもよいし、空間平均値であってもよい。 The fat thickness determination unit 56 determines the thickness of fat in the attached portion. The fat thickness determination unit 56 transmits a control instruction to the control unit 22 of the electrical stimulation device 10 to instruct the measurement of impedance. When the fat thickness determination unit 56 receives impedance data from the electrical stimulation device 10 in response to the control instruction, it reconstructs the conductivity distribution (tomographic image) of the attached portion. The reconstruction by the fat thickness determination unit 56 may be realized by a known reconstruction method. The fat thickness determination unit 56 determines the conductivity distribution of fat from the conductivity distribution of the attached portion, for example, by filter processing, based on the difference in conductivity between fat, muscle, and bone. The fat thickness determination unit 56 determines the thickness of fat from the determined conductivity distribution of fat. The fat thickness may be a representative value or a spatial average value.

脂肪の厚さは、超音波による計測などの他の手法により特定されてもよい。この場合、脂肪厚さ特定部56は、他の手法により特定された脂肪の厚さを取得すればよい。 The fat thickness may be determined by other methods, such as ultrasonic measurement. In this case, the fat thickness determination unit 56 may obtain the fat thickness determined by the other method.

候補決定部58は、特定された脂肪の厚さと、対応関係保持部に保持される対応関係データから、好適電圧レベル候補を決定する。例えば、脂肪の厚さが2.5mmの場合、電圧レベル3が好適電圧レベル候補として決定される。 The candidate determination unit 58 determines a suitable voltage level candidate from the identified fat thickness and the correspondence data stored in the correspondence storage unit. For example, if the fat thickness is 2.5 mm, the voltage level 3 is determined as the suitable voltage level candidate.

導電率取得部50は、好適電圧レベル候補に基づく所定の範囲の電圧レベルの電圧を順次印加する。例えば所定の範囲は、好適電圧レベル候補に基づく電圧レベルの範囲であり、例えば、好適電圧レベル候補がLcである場合、Lc-mからLc+nまでの範囲(m,nはいずれも正の整数)であってもよいし、1からLc+nまでの範囲であってもよい。 The conductivity acquisition unit 50 sequentially applies voltages of a predetermined range of voltage levels based on the suitable voltage level candidate. For example, the predetermined range is a range of voltage levels based on the suitable voltage level candidate, and if the suitable voltage level candidate is Lc, for example, it may be a range from Lc-m to Lc+n (where m and n are both positive integers) or a range from 1 to Lc+n.

本変形例によれば、導電率取得部50が導電率分布を取得する電圧レベルの範囲が限定されるため、導電率分布の取得ひいては好適電圧レベルの決定に要する時間を短くできる。 According to this modified example, the range of voltage levels at which the conductivity acquisition unit 50 acquires the conductivity distribution is limited, thereby shortening the time required to acquire the conductivity distribution and, in turn, to determine the preferred voltage level.

(変形例2)
実施の形態では、複数の測定用電極20がX方向に一列に並ぶように設けられる場合について説明したが、これに限られず、X方向に複数列に並ぶように設けられてもよい。例えば、複数の測定用電極20は、第1刺激用電極16に対して第2刺激用電極18とは反対側、第1刺激用電極16と第2刺激用電極18との間、第2刺激用電極18に対して第1刺激用電極16とは反対側、に3列に並ぶように設けられてもよい。この場合、複数層の導電率分布(断層画像)が得られる。
(Variation 2)
In the embodiment, the case where the measurement electrodes 20 are arranged in a row in the X direction has been described, but the present invention is not limited to this, and the measurement electrodes 20 may be arranged in multiple rows in the X direction. For example, the measurement electrodes 20 may be arranged in three rows on the opposite side of the first stimulation electrode 16 to the second stimulation electrode 18, between the first stimulation electrode 16 and the second stimulation electrode 18, and on the opposite side of the second stimulation electrode 18 to the first stimulation electrode 16. In this case, a conductivity distribution (tomographic image) of multiple layers can be obtained.

例えば微分値算出部52は、複数層の導電率分布のそれぞれから抽出される各電圧レベルの特定筋区画の導電率分布から、当該特定筋区画の各位置について、電圧値に関する導電率の2階微分値を算出する。例えば好適電圧決定部54は、複数層の特定筋区画の各位置における2階微分値(2階差分値)の空間平均が最大となる電圧レベルに基づいて、好適電圧レベルを決定する。 For example, the differential value calculation unit 52 calculates the second derivative of the conductivity with respect to the voltage value for each position of the specific compartment from the conductivity distribution of the specific compartment at each voltage level extracted from each of the conductivity distributions of the multiple layers. For example, the preferred voltage determination unit 54 determines the preferred voltage level based on the voltage level at which the spatial average of the second derivative (second difference value) at each position of the specific compartment in the multiple layers is maximized.

(変形例3)
実施の形態では、電気刺激装置10が刺激用電極を一対のみ備える場合について説明したが、これに限定されず、電気刺激装置10が複数対の刺激用電極を備え、それら複数対の刺激用電極が例えばX方向に並ぶように設けられてもよい。この場合、刺激用電極対ごとに、言い換えると刺激用電極対に対応する筋区画ごとに、電圧レベルが決定されてもよい。
(Variation 3)
In the embodiment, the electrical stimulation device 10 is described as having only one pair of stimulation electrodes, but the present invention is not limited to this, and the electrical stimulation device 10 may have multiple pairs of stimulation electrodes, and the multiple pairs of stimulation electrodes may be arranged, for example, in the X direction. In this case, a voltage level may be determined for each pair of stimulation electrodes, in other words, for each compartment corresponding to each pair of stimulation electrodes.

例えば被装着部が下腿である場合において、電気刺激装置10が二対の刺激用電極を備え、そのうちの一対の刺激用電極が腓腹筋を電気刺激し、もう一対の刺激用電極がヒラメ筋を電気刺激するように電気刺激装置10が装着される場合、腓腹筋およびヒラメ筋の筋区画ごとに、すなわち刺激用電極対ごとに、好適電圧レベルが決定されてもよい。この場合、電気刺激強度決定部40の各部材は、筋区画ごとすなわち刺激用電極対ごとに、それぞれの処理を実行すればよい。例えば、まず腓腹筋が特定筋区画であるとして筋区画抽出部51、微分値算出部52、好適電圧決定部54がそれぞれの処理を実行して腓腹筋に対する好適電圧レベルを決定し、次にヒラメ筋が特定筋区画であるとして筋区画抽出部51、微分値算出部52、好適電圧決定部54がそれぞれの処理を実行してヒラメ筋に対する好適電圧レベルを決定すればよい。つまり、複数の筋区画のそれぞれについて、電圧値に関する導電率の2階微分値を算出し、算出した2階微分値に基づいて好適電圧レベルが決定されればよい。 For example, when the part to be worn is the lower leg, the electrical stimulation device 10 has two pairs of stimulation electrodes, and when the electrical stimulation device 10 is worn so that one pair of the stimulation electrodes electrically stimulates the gastrocnemius muscle and the other pair of the stimulation electrodes electrically stimulates the soleus muscle, the preferred voltage level may be determined for each muscle compartment of the gastrocnemius muscle and the soleus muscle, i.e., for each stimulation electrode pair. In this case, each member of the electrical stimulation intensity determination unit 40 may perform the respective processing for each muscle compartment, i.e., for each stimulation electrode pair. For example, first, the compartment extraction unit 51, the differential value calculation unit 52, and the preferred voltage determination unit 54 may perform their respective processing for the gastrocnemius muscle as the specific muscle compartment to determine the preferred voltage level for the gastrocnemius muscle, and then the compartment extraction unit 51, the differential value calculation unit 52, and the preferred voltage determination unit 54 may perform their respective processing for the soleus muscle as the specific muscle compartment to determine the preferred voltage level for the soleus muscle. In other words, the second derivative of the conductivity with respect to the voltage value is calculated for each of the multiple muscle compartments, and the suitable voltage level is determined based on the calculated second derivative.

(変形例4)
実施の形態では、電圧値に関する導電率の2階微分値に基づいて好適電圧レベル(好適電圧値)を決定する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、電圧値に関する導電率の1階微分値に基づいて好適電圧レベルを決定してもよい。この場合、微分値算出部52は、電圧レベルごとの特定筋区画の導電率分布から、当該特定筋区画の各位置について、電圧値に関する導電率の1階微分値を算出する。ここで、電圧レベルを上げると導電率が上がり、あるところまで電圧レベルを上げると、電圧レベルをそれ以上に上げても導電率が上がらなくなる、つまり導電率の上昇は止まって一定の値に落ち着くと考えられる。したがって、電圧レベルをそれ以上に上げても、電気刺激が強くなって痛みを感じるようになるだけで筋肉の収縮量はそれほど上昇しない。すなわち、電圧レベルをそれ以上に上げても、効率的かつ安全に筋肉をトレーニングできない。そこで本変形例では、導電率が一定の値に落ち着くときの電圧レベルを好適電圧レベルとする。導電率が一定の値に落ち着くときには導電率の1階微分は0に近づく。したがって、好適電圧決定部54は、電圧値に関する導電率の1階微分値が0あるいは所定値以下となる電圧レベルを好適電圧レベルと決定する。
(Variation 4)
In the embodiment, the case where the suitable voltage level (suitable voltage value) is determined based on the second derivative of the conductivity with respect to the voltage value has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the suitable voltage level may be determined based on the first derivative of the conductivity with respect to the voltage value. In this case, the differential value calculation unit 52 calculates the first derivative of the conductivity with respect to the voltage value for each position of the specific compartment from the conductivity distribution of the specific compartment for each voltage level. Here, it is considered that the conductivity increases when the voltage level is increased, and when the voltage level is increased to a certain point, the conductivity does not increase even if the voltage level is increased further, that is, the increase in the conductivity stops and settles at a certain value. Therefore, even if the voltage level is increased further, the electrical stimulation becomes stronger and pain is felt, but the amount of muscle contraction does not increase much. In other words, even if the voltage level is increased further, the muscle cannot be trained efficiently and safely. Therefore, in this modified example, the voltage level at which the conductivity settles to a certain value is set as the suitable voltage level. When the conductivity settles to a certain value, the first derivative of the conductivity approaches 0. Therefore, the suitable voltage determination unit 54 determines the voltage level at which the first derivative of the conductivity with respect to the voltage value is 0 or a predetermined value or less as the suitable voltage level.

(変形例5)
実施の形態および上述の変形例では、インピーダンスデータに基づいて被装着部の導電率分布を得る場合について説明したが、インピーダンスデータに基づいて被装着部の誘電率あるいは位相の分布を再構成してもよい。この場合、実施の形態および上述の変形例において導電率を「誘電率」または「位相」に読み替えればよい。
(Variation 5)
In the embodiment and the above-mentioned modified example, the case where the conductivity distribution of the attached part is obtained based on the impedance data has been described, but the dielectric constant or phase distribution of the attached part may be reconstructed based on the impedance data. In this case, the conductivity in the embodiment and the above-mentioned modified example may be read as "dielectric constant" or "phase".

(変形例6)
電気刺激装置10の制御ユニット22が、実施の形態および上述の変形例における端末12の電気刺激強度決定部40の機能の少なくとも一部を有していてもよい。この場合、電気刺激装置10は、制御ユニット22がユーザに通知するための表示部を備えていてもよい。
(Variation 6)
The control unit 22 of the electrical stimulation device 10 may have at least a part of the functions of the electrical stimulation intensity determination unit 40 of the terminal 12 in the embodiment and the above-mentioned modified example. In this case, the electrical stimulation device 10 may include a display unit that the control unit 22 uses to notify the user.

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the above-mentioned embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiment resulting from the combination has the combined effects of each of the combined embodiments and modifications.

また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施の形態および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。 It will also be understood by those skilled in the art that the functions to be performed by each of the constituent elements described in the claims can be realized by each of the constituent elements shown in the embodiments and modifications individually or in combination with each other.

10 電気刺激装置、 12 端末、 16 第1刺激用電極、 18 第2刺激用電極、 20_1~20_16 測定用電極、 52 微分値算出部、 100 電気刺激システム。 10 Electrical stimulation device, 12 Terminal, 16 First stimulation electrode, 18 Second stimulation electrode, 20_1 to 20_16 Measurement electrodes, 52 Differential value calculation unit, 100 Electrical stimulation system.

Claims (9)

ユーザの筋肉に電気刺激を付与するための刺激用電極と、
ユーザのインピーダンスを測定するための複数の測定用電極と、
前記複数の測定用電極によって測定されたインピーダンスに基づく電気特性情報であって、前記刺激用電極に印加された電気信号に対応して変化するインピーダンスに基づく電気特性情報の電気信号による微分値を算出する微分値算出部と、
を備える電気刺激システム。
Stimulating electrodes for applying electrical stimulation to the muscles of a user;
a plurality of measurement electrodes for measuring the impedance of a user;
a differential value calculation unit that calculates a differential value of the electrical characteristic information based on the impedance measured by the plurality of measurement electrodes , the electrical characteristic information being based on the impedance that changes in response to the electrical signal applied to the stimulation electrode; and
An electrical stimulation system comprising:
前記微分値は、所定の空間の空間平均値である請求項1に記載の電気刺激システム。 The electrical stimulation system of claim 1, wherein the differential value is a spatial average value in a predetermined space. 前記空間平均値は、1つの筋区画の空間平均である請求項2に記載の電気刺激システム。 The electrical stimulation system of claim 2, wherein the spatial average value is the spatial average of one muscle compartment. 前記微分値算出部は、複数の筋区画のそれぞれについて、前記微分値を算出する請求項1から3のいずれかに記載の電気刺激システム。 An electrical stimulation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the differential value calculation unit calculates the differential value for each of a plurality of muscle compartments. 前記微分値算出部は、所定の空間における各位置について前記微分値を算出し、
前記空間における前記微分値の分布画像を所定の表示部に表示させる表示制御部をさらに備える請求項1に記載の電気刺激システム。
The differential value calculation unit calculates the differential value for each position in a predetermined space,
The electrical stimulation system according to claim 1 , further comprising a display control unit that causes a distribution image of the differential values in the space to be displayed on a predetermined display unit.
前記微分値算出部は、差分近似により前記微分値を算出する請求項1から5のいずれかに記載の電気刺激システム。 The electrical stimulation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the differential value calculation unit calculates the differential value by differential approximation. 前記微分値は、2階微分値である請求項1から6のいずれかに記載の電気刺激システム。 An electrical stimulation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the differential value is a second-order differential value. 前記刺激用電極に印加された電気信号のうち、前記2階微分値最大となる電気信号に基づいて、前記刺激用電極に印加する電気信号であって前記ユーザに好適な電気信号を決定する決定部をさらに備える請求項7に記載の電気刺激システム。 The electrical stimulation system according to claim 7, further comprising a determination unit that determines an electrical signal to be applied to the stimulation electrode that is suitable for the user based on the electrical signal among the electrical signals applied to the stimulation electrode that has the maximum second-order differential value. 電気特性情報は、導電率、誘電率または位相である請求項1から8のいずれかに記載の電気刺激システム。 An electrical stimulation system according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrical property information is electrical conductivity, dielectric constant or phase.
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