バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法及び筋肉電気刺激システム

本発明は、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法及び筋肉電気刺激システムに関する。 更に詳しくは、電気刺激を使用した筋力増強器における筋力の維持または増強などの運動において、遊戯性を付与することによって積極的に運動しようとする意識の向上を図り、前記運動が楽しくできるようにするものに関する。

従来、電気刺激を使用した筋力増強器としては、例えば、本発明者らが発明したものがある（特許文献１参照）。 この筋力増強器は、例えば、主動筋となる筋肉が収縮しているときに、拮抗筋となる筋肉に電気刺激を与えることで、該拮抗筋に遠心性収縮を伴う閉鎖性運動連鎖による運動ができるようにしたものである（本明細書で「主動筋」とは、収縮して膝や肘等の関節を伸展屈曲させる筋肉のことをいい、また「拮抗筋」とは、主動筋によって膝や肘等の関節が伸展屈曲されるときに伸張する筋肉のことをいう。すなわち、主動筋と拮抗筋は対抗してはたらき合うもので、互いに反対の動きを同時に営む）。

特開２０００−２７９５３６号公報

上記した筋力増強器は、拮抗筋となる筋肉に電気刺激を与えて強制的に収縮させて負荷をかけるという、それまでにない筋力増強方法を用いており、効率的に筋力の増強を図ることができ好評を得ていた。

しかし、この筋力増強器を使用した運動は、使用者にとってみれば黙々と主動筋を収縮させる運動を行うものであったので、運動が無味乾燥なものになり易く、そのため使用者によっては、運動へのやる気が起きず、運動がつまらないものに感じられることもあった。

本発明の目的は、特許文献１に示す筋力増強器を使用した運動において、遊戯性を付与することによって積極的に運動しようとする意識の向上を図り、前記運動が楽しくできるようにすることにある。

上記目的を達成するために講じた本発明の手段は次のとおりである。
第１の発明にあっては、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、上記運動と表示面に表示されたバーチャル映像とを連動させ、電気刺激を受ける者がバーチャル映像の動きを目視できるようにしたことを特徴とする、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法である。

第２の発明にあっては、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、バーチャル映像を表示する表示面に上記運動と連動するバーチャル映像を表示させるようにし、電気刺激を受ける者がバーチャル映像の動きを目視しながら運動できるようにしたことを特徴とする、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。

第３の発明にあっては、主動筋である筋肉が収縮し、拮抗筋である筋肉が伸張しているときに、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉に電気刺激を与えて収縮させる電気刺激手段と、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉の運動と連動するバーチャル映像を出力するコンピュータと、上記コンピュータによるバーチャル映像を電気刺激を受ける者が目視できるよう表示する表示面と、を有することを特徴とする、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。

第４の発明にあっては、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉に電気刺激を与えて収縮させる電気刺激手段と、主動筋である筋肉の収縮または拮抗筋である筋肉の伸張を直接的または間接的に感知する感知手段と、上記感知手段が感知したとき、電気刺激手段を作動させる制御手段と、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉の運動と連動するバーチャル映像を出力するコンピュータと、上記コンピュータによるバーチャル映像を電気刺激を受ける者が目視できるよう表示する表示面と、を有することを特徴とする、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。

第５の発明にあっては、映像取込装置を備えており、コンピュータにより出力されるバーチャル映像は、当該映像取込装置によって取り込まれたものを含んで構成してあることを特徴とする、第２，第３または第４の発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。

表示面は、バーチャル映像を直接的に表示することもできるし、例えば、映像が映った鏡等、間接的に表示することができるものも含む。

本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法及び筋肉電気刺激システムは、例えば、リハビリ用の機器、筋肉トレーニング用の機器、ゲーム機器等として使用できる。 また、コンピュータによるバーチャル映像は、例えば、ウエイトリフティングやベンチプレス等の装置を使用しているトレーニング映像や、野球、テニス、ゴルフや釣り等のゲーム性を備えるスポーツ映像や、リハビリ機器を使用しているリハビリ映像等、多種の種類の映像が出力可能である。

本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法及び筋肉電気刺激システムは、主動筋と拮抗筋の関係にある筋肉に対して使用することができる。 主動筋と拮抗筋の関係にある筋肉は、例えば、肩関節であれば広背筋、三角筋後部線維と三角筋前部線維、三角筋中部線維と大胸筋、肘関節であれば上腕三頭筋と上腕二頭筋、手関節であれば長・短橈側手根伸筋と橈側手根屈筋、尺側手根伸筋と尺側手根屈筋、股関節であれば大臀筋と大腿四頭筋、中臀筋と大・短・長内転筋、膝関節であれば大腿四頭筋と大腿屈筋、足関節であれば前脛骨と腓腹筋やヒラメ筋、などが挙げられる。
例えば、前腕部を屈曲する運動は、主動筋である上腕二頭筋が収縮することにより行われる。 上腕二頭筋が収縮すると、同時に拮抗筋である上腕三頭筋が伸張する。 このように上腕二頭筋と上腕三頭筋は、対抗してはたらき合うもので、互いに反対の動きを同時に営む。

（作 用）
本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法によれば、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、上記運動と連動したバーチャル映像を表示面に表示させて、電気刺激を受ける者が当該バーチャル映像の動きを目視しながら運動できるようにできる。

本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムは、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、バーチャル映像を表示する表示面に上記運動と連動するバーチャル映像を表示させることができる。 これにより電気刺激を受ける者は、バーチャル映像の動きを目視しながら運動することができる。

本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムは、次の作用を有する。 主動筋である筋肉が収縮し、拮抗筋である筋肉が伸張しているときに、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉に電気刺激手段によって電気刺激が与えられる。 これにより主動筋の収縮に対する抵抗を増加させたり、逆に主動筋の収縮を支援したりすることができる。 そして、この状態はコンピュータによって、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉の運動と連動したバーチャル映像がつくられ、電気刺激を受ける者が目視できるよう表示面に表示される。

また、主動筋である筋肉の収縮または拮抗筋である筋肉の伸張を感知手段が直接的または間接的に感知すると、制御手段によって電気刺激手段が作動され、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉に電気刺激が与えられる。 これにより主動筋の収縮に対する抵抗を増加させたり、逆に主動筋の収縮を支援したりすることができる。 そして、この状態はコンピュータによって、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉の運動と連動したバーチャル映像がつくられ、電気刺激を受ける者が目視できるよう表示面に表示される。

映像取込装置を備えたものは、コンピュータにより出力されるバーチャル映像が当該映像取込装置によって取り込まれたものを含んで構成される。

本発明によれば、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、バーチャル映像を表示する表示面に上記運動と連動するバーチャル映像を表示することができる。 従って、例えば、バーチャル映像が鉄アレイを持ったようなものにし、筋肉に対しては電気刺激により鉄アレイを上げ下げするときと同じ負荷状態をつくり出すようにすれば、表示面を目視することで、あたかも鉄アレイを上げ下げしているかのようなイメージでトレーニングすることができる。 このように本発明によれば、トレーニング等に遊戯性を付与することができ、積極的に運動しようとする意識の向上を図ることができる。 これにより前記運動が楽しくできるようになる。

本発明に係る筋肉電気刺激システムの一実施の形態を示しており、上腕部に装着体を装着した前腕部を屈曲したり伸展したりする状態を示す使用状態説明図。

符号の説明

Ｋ 筋肉電気刺激システム１ 装着体１０，１１ 電極部１５ バッテリー２０，２１ 筋電検知部３ コントローラー４ コンピュータ５ モニター６ カメラ

本発明の実施の形態を図面に基づき更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る筋肉電気刺激システムの一実施の形態を示しており、上腕部に装着体を装着した前腕部を屈曲したり伸展したりする状態を示す使用状態説明図である。

符号Ｋは筋肉電気刺激システムを示している。 まず、この筋肉電気刺激システムＫの概略を簡単に説明する。 このシステムは、実際に鉄アレイを上げ下げする際に使う上腕部の筋肉に対して電気刺激を与えることにより、鉄アレイを持っていないにもかかわらず、鉄アレイを上げ下げするときと同じ負荷状態をつくり出し、その状態で上腕部の筋肉を使って鉄アレイを上げ下げするバーチャル映像（動画）を表示するようにして、電気刺激を受ける使用者が映像を見ながらトレーニングすることで、あたかも鉄アレイを上げ下げしているかのようなイメージを創り出すことのできるトレーニング機器である。

筋肉電気刺激システムＫは、上腕部に装着可能であり、運動時に拮抗筋となる筋肉に電気刺激を与える電極部１０，１１が内蔵してある装着体１と、主動筋が動くことにより発生する筋電を検知し、これにより上腕部の（筋肉の）運動を感知する感知手段である筋電検知部２０，２１と、筋電検知部２０または筋電検知部２１が筋電を検知したときに電極部１０または電極部１１に電気を供給するよう制御する制御手段であるコントローラー３と、上腕部の（筋肉の）運動と連動したバーチャル映像を作成して出力するコンピュータ４と、コンピュータ４による映像を表示する表示装置と、撮影した映像をコンピュータ４に取り込むことができるよう設けてある映像取込装置であるカメラ６を備えている。 電極部１０，１１は、電気刺激手段を構成する。

装着体１は、柔軟性、伸縮性または弾性を備える材料で、上腕部に密着した状態で装着したときに筒状になる展開可能な形状を有している。 装着体１を形成する材料は、特に限定するものではないが、例えば、ジャージー（伸縮性のある厚地のメリヤス地）やスポンジゴム等の材料で形成したもの等が使用できる。

装着体１の内面側には、電極部１０，１１と、上記した筋電検知部２０，２１が設けてある。 筋電検知部２０，２１は、筋電を検知したときに、その情報が電波（無線）によってコントローラー３の制御部に送られるよう構成してある。 詳しくは、電極部１０と筋電検知部２０は装着体１を装着したときに上腕二頭筋と対応し、電極部１１と筋電検知部２１は上腕三頭筋に対応する位置に設けてある。

また、装着体１には、電極部１０，１１や筋電検知部２０，２１に電気を供給するバッテリー（蓄電池）１５も設けてある。
装着体１は上腕部に密着させて装着される。 なお、電極部１０，１１、バッテリー１５，筋電検知部２０，２１及びコントローラー３は公知技術のものを使用するので構造についての詳細な説明は省略する。

コンピュータ４は、演算装置や記憶装置等を備えて構成してある汎用のものを使用している。 コンピュータ４は、上記したコントローラー３と電気的に接続してあり、コントローラー３の制御部の制御情報がコンピュータ４に伝えられるようにしてある。 コンピュータ４の記憶装置には、装着体１を装着した実際の上腕部の（筋肉の）運動と連動して、鉄アレイを上げ下げするバーチャル映像を作成・出力することのできるデータやプログラムが記憶されている。 本実施の形態では、カメラ６で使用者自身を撮影することにより、その映像を上記した上腕部の動きと連動して動く映像と組み合わせて、使用者自身が鉄アレイを上げ下げしているという映像がつくりだせるようにしてある。 コンピュータ４による上記したバーチャル映像は、表示装置が備える表示面であるモニター５に表示される。

（作 用）
図を参照して、前腕部の屈曲と伸展に伴う、本実施の形態で示す筋肉電気刺激システムＫの作用を説明する。
装着体１の内部に上腕部を挿入し、電極部１０と筋電検知部２０が上腕二頭筋と対応し、電極部１１と筋電検知部２１が上腕三頭筋に対応するよう上腕部に装着する。 本実施の形態では左腕の上腕部に装着した状態を示している。

装着体１を装着したときの初期状態は、前腕部を伸展した図１の想像線で示す状態に設定する。 このとき主動筋の筋電は検知されておらず、電極部１０，１１に電気は供給されていない。

まず、前腕部を伸展した状態から屈曲する場合について説明する。
前腕部を屈曲し始めると、主動筋である上腕二頭筋から筋電が発生し、この筋電が筋電検知部２０によって検知される。 筋電検知部２０が筋電を検知すると、その情報がコントローラー３に伝えられ、次いでコントローラー３によって拮抗筋である上腕三頭筋の側に設けてある電極部１１に電気を供給するよう制御命令が伝えられる。 これにより電極部１１に電気が供給され、上腕三頭筋に電気刺激が与えられる。 こうして上腕二頭筋の収縮に対する抵抗を増加させることができる。 電極部１０，１１に供給する電力や筋電検知部２０，２１を作動させる電力はバッテリー１５から供給される。

また同時に、筋電検知部２０が筋電を検知し前腕部が屈曲し始めたという情報は、上記したコントローラー３からコンピュータ４にも伝えられる。 そして、コンピュータ４に前記情報が伝えられると、カメラ６で撮影された使用者自身の映像をコンピュータ４が取り込み、このコンピュータ４によって装着体１を装着した実際の前腕部が屈曲する動きと連動して、鉄アレイを上げる使用者自身の映像を組み合わせたバーチャル映像が作成される。 バーチャル映像はコンピュータ４から出力されてモニター５に表示される。 バーチャル映像は、使用者が実際に動かした前腕部の動きと連動し、同じ動きをするよう表示される。

次に、屈曲した前腕部を伸展する場合について説明する。
前腕部を屈曲した状態から伸展し始めると、主動筋である上腕三頭筋から筋電が発生する。 従って、筋電検知部２１によって筋電が検知され、コントローラー３によって拮抗筋である上腕二頭筋の側に設けてある電極部１０に電気が供給され、上腕三頭筋の収縮に対する抵抗を増加させることができる。

この場合も、筋電検知部２１が筋電を検知し前腕部が伸展し始めたという情報は、コントローラー３からコンピュータ４に伝えられる。 そして同様に、実際の上腕部が伸展する動きと連動して、鉄アレイを下げる使用者自身の映像を組み合わせたバーチャル映像が作成され、モニター５に表示される。 バーチャル映像は、前腕部の屈曲・伸展にあたって連続した映像として表示される。

このように筋肉電気刺激システムＫによれば、実際には鉄アレイを持っていないにもかかわらず、電気刺激によって鉄アレイを上げ下げするときと同じ（または似た）ような負荷状態を筋肉に対しつくり出し、更にその状態で、上腕部の筋肉を使って鉄アレイを上げ下げするバーチャル映像を実際の前腕部の動きと連動させて表示させることができる。 従って、モニター５を目視することで、あたかも鉄アレイを上げ下げしているかのようなイメージでトレーニングすることができる。

このように筋肉電気刺激システムＫを使用することにより、トレーニングに遊戯性を付与することができ、積極的に運動しようとする意識の向上を図ることができる。 これにより前記運動が楽しくできるようになる。

また、筋肉電気刺激システムＫによれば、実際に鉄アレイを持っているわけではないので、鉄アレイを持った場合と違って誤って落とす心配もなく、例えば、高齢者や筋力の弱っている人等でも安全にトレーニングすることができる。

本実施の形態で装着体１は、上腕部に密着した状態で装着できる筒形状のものを示したが、装着体の形状は特に限定するものではなく、例えば、帯形状を上腕部等に巻き付けるようにしたもの等を使用することもできる。 また、装着体１を形成する材料も、略密着した状態で装着できれば、柔軟性、伸縮性または弾性を持たないものを使用することもできる。

本実施の形態で示す筋肉電気刺激システムＫは、上腕部に装着して、上腕二頭筋や上腕三頭筋の筋力の維持または増強のために運動を行うよう使用したが、これは筋肉電気刺激システムＫにおける装着体１の装着箇所や対象とする筋肉を限定するものではない。

本実施の形態において筋肉の運動を感知する感知手段として、主動筋が動く際に発生する筋電を検知するものを使用したが、これは限定するものではなく、例えば、上腕部の前腕部等の角度が変わったことを感知するもの等を使用することができる。

本実施の形態で示す筋肉電気刺激システムＫでは、上腕部において拮抗筋となる筋肉にのみ電気を与えるという単純な構成のものを示したが、これは限定するものではなく、バーチャル映像の種類によっては、主動筋となる筋肉にも電気刺激を与えたり、装着体を複数箇所に設けたりできる。 このようにすれば複雑な運動に対応することもできる。

なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまで説明上のものであって限定的なものではなく、上記用語、表現と等価の用語、表現を除外するものではない。 また、本発明は図示されている実施の形態に限定されるものではなく、技術思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明によれば、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、バーチャル映像を表示する表示面に上記運動と連動するバーチャル映像を表示することができる。 従って、例えば、バーチャル映像が鉄アレイを持ったようなものにし、筋肉に対しては電気刺激により鉄アレイを上げ下げするときと同じ負荷状態をつくり出すようにすれば、表示面を目視することで、あたかも鉄アレイを上げ下げしているかのようなイメージでトレーニングすることができる。 このように本発明によれば、トレーニング等に遊戯性を付与することができ、積極的に運動しようとする意識の向上を図ることができる。 これにより前記運動が楽しくできるようになる。

【０００２】
［０００５］ 本発明の目的は、特許文献１に示す筋力増強器を使用した運動において、遊戯性を付与することによって積極的に運動しようとする意識の向上を図り、前記運動が楽しくできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
［０００６］ 上記目的を達成するために講じた本発明の手段は次のとおりである。
第１の発明にあっては、筋肉に電気刺激を与える筋肉電気刺激システムであって、映像取込装置によって電気刺激を受ける者自身の映像を取り込み、取り込んだ映像と、データやプログラムが記憶している映像とを組み合わせて作成した、実際の動きと連動するバーチャル映像を表示面に表示させ、電気刺激を受ける者がバーチャル映像の動きを目視しながら運動できるようにした、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。
［０００７］ 第２の発明にあっては、筋肉に電気刺激を与える筋肉電気刺激システムは、表示面に映像が表示されるものであって、表示面には、映像取込装置によって取り込んだ電気刺激を受ける者自身の映像と、データやプログラムが記憶している映像とを組み合わせて作成した、実際の動きと連動するバーチャル映像が表示される、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。
［０００８］ 第３の発明にあっては、筋肉に電気刺激を与える筋肉電気刺激システムであって、主動筋である筋肉が収縮し、拮抗筋である筋肉が伸張しているときに、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉に電気刺激を与えて収縮させる電気刺激手段と、電気刺激を受ける者自身の映像を取り込む映像取込装置と、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉の実際の動きと連動し、映像取込装置によって取り込んだ映像と、データやプログラムが記憶している映像とを組み合わせて作成したバーチャル映像を出力するコンピュータと、上記コンピュータによるバーチャル映像を電気刺激を受ける者が目視できるよう表示する表示面とを備える、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。
［０００９］ 第４の発明にあっては、筋肉に電気刺激を与える筋肉電気刺激システムであって、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉に電気刺激を与えて収縮させる電気刺

【０００３】
激手段と、主動筋である筋肉の収縮または拮抗筋である筋肉の伸張を直接的または間接的に感知する感知手段と、上記感知手段が感知したとき、電気刺激手段を作動させる制御手段と、電気刺激を受ける者自身の映像を取り込む映像取込装置と、主動筋である筋肉または拮抗筋である筋肉の実際の動きと連動し、映像取込装置によって取り込んだ映像と、データやプログラムが記憶している映像とを組み合わせて作成したバーチャル映像を出力するコンピュータと、上記コンピュータによるバーチャル映像を電気刺激を受ける者が目視できるよう表示する表示面とを備える、バーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。
［００１０］ 第５の発明にあっては、データやプログラムには、鉄アレイを上げ下げする映像が記憶してある、第１，第２，第３または第４の発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムである。
［００１１］ 表示面は、バーチャル映像を直接的に表示することもできるし、例えば、映像が映った鏡等、間接的に表示することができるものも含む。
［００１２］ 本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムは、例えば、リハビリ用の機器、筋肉トレーニング用の機器、ゲーム機器等として使用できる。 また、コンピュータによるバーチャル映像は、例えば、ウエイトリフティングやベンチプレス等の装置を使用しているトレーニング映像や、野球、テニス、ゴルフや釣り等のゲーム性を備えるスポーツ映像や、リハビリ機器を使用しているリハビリ映像等、多種の種類の映像が出力可能である。
［００１３］ 本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激システムは、主動筋と拮抗筋の関係にある筋肉に対して使用することができる。 主動筋と拮抗筋の関係にある筋肉は、例えば、肩関節であれば広背筋、三角筋後部線維と三角筋前部線維、三角筋中部線維と大胸筋、肘関節であれば上腕三頭筋と上腕二頭筋、手関節であれば長・短橈側手根伸筋と橈側手根屈筋、尺側手根伸筋と尺側手根屈筋、股関節であれば大臀筋と大腿四頭筋、中臀筋と大・短・長内転筋、膝関節であれば大腿四頭筋と大腿屈筋、足関節であれば前脛骨と腓腹筋やヒラメ筋、などが挙げられる。
例えば、前腕部を屈曲する運動は、主動筋である上腕二頭筋が収縮することにより行われる。 上腕二頭筋が収縮すると、同時に拮抗筋である上腕三頭筋が伸張する。 このように上腕二頭筋と上腕三頭筋は、対抗してはたらき合うもので、互いに反対の動きを同時に営む。
［００１４］（作用）
本発明に係るバーチャル映像を利用した筋肉電気刺激方法によれば、筋肉に電気刺激を与えて筋力の維持または増強などの運動をするにあたり、上記運動と連動したバーチャル映像を表示面に表示させて、電気刺激を受ける者が当該バーチャル映像の動きを目視しながら運動できるようにできる。