計測自動制御学会英文誌

田村の修論をまとめた論文,
T. Uchiyama and T. Tamura, System identification of mechanomyogram at various levels of motor unit recruitment
が計測自動制御学会の英文誌,SICE Journal of Control, Measurement, and System Integrationにacceptされました。単一運動単位と様々なリクルートメントレベルの筋音をシステム同定し,モデルの変化を解釈した論文です。単一運動単位およびリクルートメントレベルが低い場合には5次のモデルで,リクルートメントレベルが高いときには4次のモデルで近似することができ,このモデル次数の変化をHillの筋モデルを用いて解釈しました。

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バイオメカニズム学会奨励賞

2012年3月に修士課程を終了した宇佐美洋佑がバイオメカニズム学会で奨励賞を受賞しました。誘発筋音図のシステム同定に関する研究に対してです。参考論文は,
宇佐美,宮原,内山:「誘発筋音図のシステム同定と伝達関数の刺激頻度依存性の解析」,バイオメカニズム,Vol. 21,pp. 195-205 (2012)
です。

第34回バイオメカニズム学会学術講演会で懇親会に先立って表彰されました。写真は懇親会会場で撮影したものです。

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ライフエンジニアリング部門シンポジウム

日吉キャンパスで開催されている計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウムで,Mechanism of Mechanomyogram and Its Modelのタイトルで発表しました。酒井の修論と田村の修論を合わせた内容です。

写真は日吉キャンパスの入り口の立て看板です。高さが4 mあります。大判プリンタがあれば印刷は簡単ですが,これほどの長尺になると裁断が大変です。

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筋音とセンサ

筋音の計測には,様々な振動センサが用いられます.よく用いられるものは加速度センサとレーザー変位計であろうと思います.それそれ加速度と変位を計測します.他には,コンデンサマイクロフォンやピエゾ振動センサが用いられることがあります.コンデンサマイクロフォンでは変位が計測されることが知られています.

振動を計測するセンサは,それぞれの仕様,つまり計測可能とされる周波数の範囲で理想的にはフラットな周波数特性を有します(帯域は–3 dBで示されることが多いはずです).加速度センサでは加速度の周波数がセンサの帯域内であればフラットな特性を,変位センサでは変位の周波数がセンサの帯域内であればフラットな特性になります.ある振動の変位がA\sin \omega tのとき,その加速度は-\omega^2A\sin \omega tになります.つまり,変位では角周波数に依らず振幅はAであっても,加速度では角周波数に依存して\omega^2倍された振幅になります.加速度センサでは変位を基準に考えると,高い周波数が強調されて計測されることになります.例えば,変位が振幅1で周波数5 Hzの正弦波は\sin 10 \pi t で,振幅が1で周波数が50 Hzでは\sin 100 \pi tになります.変位を2回微分して加速度にすると,-(10\pi)^2\sin 10 \pi t-(100\pi)^2\sin 100 \pi tになります.周波数が10倍違うと加速度の振幅では100倍違うことになります.

一般的に,低い周波数の振動の計測には変位センサが,高い周波数の振動の計測には加速度センサが適していると言われています.筋音の周波数は100 Hz以下ですが,数Hzの成分は筋の収縮特性における粘弾性の情報を含んでおり,一方で数十Hzの成分は皮下組織を粘弾性体とみなすときの固有周波数に対応する周波数です.わずか1桁の周波数の違いではありますが,計測対象と計測条件によって加速度と変位のどちらを計測するかを熟慮する必要があります.

音響用のコンデンサマイクロフォンの周波数帯域は,筋音の周波数より高くなります.人間の可聴域は20〜20,000 Hzで,マイクロフォンの帯域の下限はしばしば数十Hzです.筋音の計測には,帯域の下限が低い,特別なマイクロフォンが必要です.また,コンデンサマイクロフォンでは原理上,マイクロフォンに印可する直流電圧とマイクロフォンの出力を分離するためにハイパスフィルタが必要です.本研究室のように,筋音のシステム同定を行う場合には,フィルタの伝達関数の影響を考慮する必要があります.

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Medical & Biological Engineering & Computing

酒井の修論をまとめた論文,System identification of evoked mechanomyogram from abductor pollicis brevis muscle in isometric contractionがMedical & Biological Engineering & Computingにacceptされました.

短母指外転筋の筋音を加速度センサで計測すると,その信号は4次のモデルで近似でき,コンデンサマイクロフォンで計測するとその信号は3次のモデルで近似できます.しかも,それらの固有周波数は異なります.一方,外転トルクを計測すると2次のモデルで近似できます.我々は前脛骨筋の筋音を加速度センサで計測した信号は6次のモデルで,レーザー変位計で計測した信号は2次のモデルで近似できることを報告しています(T. Uchiyama and K. Shinohara, 2013).前脛骨筋の筋音のモデルとの違いを筋の形状の違い(平行筋と羽状筋)に基づいて解釈し,また筋音のモデルについて述べた論文です.

mmg羽状筋では筋線維の収縮が直接皮膚表面の振動として計測されることに対して,平行筋では(体積を一定とすれば)筋線維の側方への拡大による振動が計測されることになります.この違いが,筋線維の収縮に関連する情報が筋音に強く現れるか否かの違いになると考えています.