| 研究課題/領域番号 |
19K11546
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
板倉 直明 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30223069)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 多チャンネル表面筋電図 / 筋収縮メカニズム / 筋線維伝導速度 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、多チャンネル表面筋電図に関して、新たに提案したmulti-channel法（以下、m-ch法）を使用して、多チャンネル表面筋電図から定量的に抽出した伝播波に基づき、すべての伝播波の種々の伝播波パラメータの分布から、従来、考察できなかった収縮に関与する運動単位の数やその性質など、筋収縮メカニズムを考察するために必要な特徴や特性を多くの実験を通して明らかにすることである。また、その明らかにした特徴や特性が、スポーツやリハビリテーションなど多くの応用分野で簡単に使用し、役に立つデータとなるように測定電極の形状や信号増幅方法なども検討し、応用分野で簡単に使えるようにすることである。
昨年度は、電極形状（円型と梯子型）の違いによる影響を検討するため、円型電極と梯子型電極を交互に配置した電極を作成し、抽出される伝播波を比較したところ、梯子型電極で得られる伝播波個数に対して、円型電極では、伝播波個数が非常に少なくなることが判明した。円型電極では、表面積が小さく、接触抵抗が増えるため、雑音の影響を強く受けることが、伝播波個数が非常に少ない原因と考えられた。そこで本年度は、梯子型電極より表面積が大きい円弧型電極と梯子型電極を組み合わせた新たな電極を作成し、m-ch法で抽出した伝播波パラメータについて、測定に用いる電極形状（円弧型と梯子型）の違いによる影響を検討した。
その結果、1)伝播波を比較したところ、得られる伝播波個数が、梯子型電極より、円弧型電極では非常に多くなった。2)円弧型と梯子型の両方の電極で伝播波が同時刻で得られる場合には、伝播波の振幅は、梯子型電極の方が大きくなる場合が多かった。3)相対的な伝播波パラメータの頻度分布では、梯子型電極において、円弧型電極より振幅パラメータが大きい部分にも伝播波が存在するが、分布全体を見ると著しく分布の状態が変わることはなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新たに考案したm-ch法では、測定されたすべての筋電図波形から、伝播状態を定量的に定義することで、すべての伝播波が自動抽出される。加えて、サンプリング定理から導かれる標本データから元のアナログ信号を近似する式を用いて、筋電図波形データを保持することで、近似式からデータ補間が可能であるため、必要充分な速度分解能が得られ、詳細な伝播状態を調べることができる。このm-ch法の特徴を生かすため、今年度は以下の課題１、２に注目した。
課題１は、特別な電極を使用し、同時に測定した筋電図を厳密に比較することで、電極形状の違いが伝播波の波形に与える影響を詳細に調べることである。昨年度は、円型電極と梯子型電極の違いを調べたが、本年度は、円弧型電極と梯子型電極の違いを調べる。課題２は、スポーツで重視される脚の筋肉において、多チャンネル表面筋電図を測定し、上腕二頭筋と同じような検討ができるか調べることである。そのためには、電極形状を工夫して、筋線維方向が羽状に広がる筋肉で構成される脚の筋肉でも、伝播波が簡単に得られる電極を開発することが重要である。
課題１に対して、電極の表面積が小さいと、皮膚との接触抵抗が非常に大きくなることから、従来使用していた梯子型電極より電極幅が広く、徐々にその幅が拡がる円弧型電極を新たに作成した。従来の梯子型電極と比較して、得られる伝播波の振幅は、相対的に低くなるが、得られる伝播波の個数が非常に増えた。
課題２に対して、課題１で作成した円弧型電極を脚の下腿三頭筋上に配置して、m-ch法で伝播波を抽出したところ、梯子型電極より得られる伝播波の個数が増えた。さらに、梯子型電極では、電極を配置する方向によっては、伝播波が得られなくなる場合があるのに対して、円弧型電極では、配置する方向を細かく調整しなくとも、ある程度の伝播波の個数が得られることが分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方向は、m-ch法で抽出した伝播波から得られる伝播波パラメータの分布が、スポーツやリハビリテーションなど多くの応用分野で、簡単に使用し、役に立つデータとなるように、測定電極の材質や信号増幅方法なども検討し、応用分野で簡単に使えるようにすることである。
そこで第一に、m-ch法を最大限有効に活用できるような多チャンネル電極の開発を行う。多チャンネル表面筋電図では、全てのチャンネルで雑音の混入がない筋電図波形が得られないと伝播波を正しく抽出できない。特に、電極の表面積が小さいと、皮膚との接触抵抗が非常に大きくなることから、商用電源雑音の影響を大きく受けることが知られている。そのことから、電極近傍にプリアンプ等を配置し、出来るだけ雑音の影響を抑える工夫が必要になる。また、電極の材質によっても、皮膚との接触状態が変化するので、接触抵抗の影響を減少させることは、応用分野で簡単に電極を設置して、雑音が少ない筋電図を測定するためには非常に重要なことである。
さらに第二に、スポーツで重視される脚の筋肉において、多チャンネル表面筋電図を測定し、上腕二頭筋と同じような検討ができるか調べる。脚の筋肉は、腕の上腕二頭筋に比べて、大きい筋肉であるため、筋肉自体の大きさが得られる伝播波パラメータの分布に大きな影響を与えることが予想される。また、筋肉が大きい場合は、表面から筋線維方向を推測することは非常に難しいので、同時に筋線維方向を推定する方法を確立する。伝導速度は、筋線維の方向に沿って正しく電極を配置しないと得られないため、m-ch法の速度分解能の精度がよいことを利用して筋線維方向を推定する方法を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度は、新型コロナウィルスの影響で、予定していた国際学会がオンライン発表に変更になり、現地に出張して発表する必要がなくなり、予算として請求していた旅費を使用しなかった。また、昨年度前半は、緊急事態宣言が発令され、新たな電極の開発や、被験者を使った実験ができなかったため、新たな電極用の予算や実験に必要な消耗品等の予算を使用することができなかった。
本年度は昨年度できなかった実験を実施することや、昨年度において新しく分かった知見をもとに、新たな形状の電極を設計、試作して実験を行う。また、本年度は国際学会が現地で開催された場合に旅費として使用する予定である。さらに研究課題の最終年度であることから、研究成果をまとめて論文に発表するための費用として使用する予定である。
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