(57)【要約】【課題】    心電波形を高感度で測定可能な多機能小型無線生体センサを実現する。さらに、ネットワーク環境で本センサを使用可能とする。【解決手段】  双極誘導で複数の心電モニタ誘導測定、及び３軸加速度測定が可能で、位置調整機構を有す無線生体センサと、前記生体センサと交信し、受信したセンサ計測情報からセンサの使用状態と生理学的情報の一次判定機能、及び利用者認証機能を有すコミュニケーションサーバから構成されるヘルスケアネットワークを形成する。【選択図】 図１
2010023962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心電波形を測定する生体センサにおいて、
（Ａ）本体ケースに設けた双極モニタ誘導測定用の、２個以上の心電波形測定用の電極と、
（Ｂ）本体ケースに接続し、本体ケースを所定の測定位置に位置調整と位置決めするための位置決め部材と、
（Ｃ）前記電極から得られた生体データを無線送信する通信手段と
を有することを特徴とする生体センサ。
【請求項２】
前記位置決め部材は、吊り下げ部材とそれに搭載された位置調整固定部材とからなる
ことを特徴とする請求項１記載の生体センサ。
【請求項３】
前記電極は、
（Ａ１）本体ケースから両側に延出するアーム部の両端に第一の心電波形検出電極とコモン電極とを有し、
（Ａ２）前記アーム部の中間点から鉛直方向に所定の距離離れたところに配置された第二の心電波形検出電極を有し、
前記第一の心電波形検出電極と第二の心電波形検出電極の極性は、標準四肢誘導の第II誘導の極性を有する
ことを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項４】
（Ｄ）心臓部下位に導く延長可能な誘導線に接続される第二の心電波形検出電極4と、
（Ｅ）第一の心電波形検出電極とコモン電極の極性を相互に切り替えるスイッチと
を更に有し、複数のモニタ誘導を測定する
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項５】
加速度センサと温度センサの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項６】
前記電極は、粘着性導電性樹脂に貼り付けた金箔また金属微粒子からなり、皮膚に密着する
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項７】
前記第一の心電波形検出電極とコモン電極の形状は楕円形又は長方形であり、
前記第一とコモン電極の長軸方向は、前記本体ケースから両側に延出するアーム部の方向と同一方向である
ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項８】
前記第二の心電波形検出電極3の形状は楕円形又は長方形であり、その長軸の方向その長軸の方向を本体ケース上部から下部に向かう垂直方向と同一方向である
ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項９】
（Ｇ）複数の心電波形検出電極を固定する装着体を更に有し、
（Ｈ）前記複数の心電波形検出電極の少なくとも一つを切り替えるスイッチを有する
ことを特徴とする請求項１−８のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項１０】
（Ａ）心電波形を測定し、この測定データを無線でコーディネータに送信する生体センサと、
（Ｂ）前記生体センサの測定データを受信し、測定データの特徴抽出を行い、抽出された特徴データを統計処理して個人毎の基準値として記憶するコミュニケーションサーバと、
を有し、
前記コミュニケーションサーバは、前記生体センサの測定データからセンサの使用状態を判定する一次判定部を有する
ことを特徴とする心電計システム。
【請求項１１】
前記無線送信される測定データは、暗号化されている
ことを特徴とする請求項１０記載の心電計システム。
【請求項１２】
前記コミュニケーションサーバは、生体センサの測定データの特徴抽出を行い、利用者個人毎の基準データを用いてセンサ使用者の認証と心電波形異常の一次判定を行う
ことを特徴とする請求項１０から１１のいずれかに記載の心電計システム。
【請求項１３】
前記心電波形異常の一次判定は、緊急度のレベル分けがなされる
ことを特徴とする請求項１２記載の心電計システム。
【請求項１４】
前記コミュニケーションサーバは、前記心電波形異常の一次判定結果の緊急度のレベルに対応して、異なる複数の通報先に判定結果を送信する
ことを特徴とする請求項１３記載心電計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動小型無線生体センサとアクセスポイント（基地局）およびリモート監視センタ等のコミュニケーションサーバからなる無線通信システムに関し、特に無線生体センサとセンサ計測情報の制御に係る技術である。
【背景技術】
【０００２】
モバイルセンサデバイスの技術進歩により、生体の健康状態や生理学的情報を計測し、モニタするためのボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）が注目されている。
常時長時間生体をモニタ可能な小型無線生体センサがＢＡＮ実用化のキーデバイスであり、そのようなセンサが実現すれば、医療分野に新しい知見をもたらすものとして、期待されている（非特許文献１参照）。さらに、ＢＡＮは患者の医療用モニタに止まらず、フィットネスクラブでの運動状態のモニタ等にも今後使用されることにより、予防医療においても多大の効果をもたらすことが期待されている。将来は、ＢＡＮネットワークがインターネット等の広域のネットワークに接続され多種多様のヘルスケアモニタサービスが可能となることが予想されるが、このようなヘルスケアモニタサービスを実現するためには、使いやすい小型の多機能無線生体センサを実現することが望まれている。【０００３】
このような多機能無線生体センサは、簡単な操作で心電図や体温、血圧や加速度等を精度良く自動測定することが必要とされるが、特に心電図の測定は重要である。しかしながら、小型の心電波形測定デバイスを実現するには未だ多くの課題がある。第一に従来診断用に普及している１２誘導の電位検出法を小型化するために小型で少数の電極で測定可能とする必要がある。第二に測定前に皮膚との親和性を高め入力抵抗を下げるため、従来はゼリー状の電解質を塗布しているが、一般の利用者に本作業を要求するのは、特に緊急時には問題がある。また、電極の腐食防止のため、ふき取る手間が発生しており、メンテナンスフリーとするのが理想である。このため、電解質を塗布する必要のないノンペーストタイプの電極であることが望まれる。第三の課題は、ヘルスケア分野では利用者が使用する環境を制限しない、いわゆるユビキタス環境で測定できる必要がある。このため、測定電極と信号処理部、および信号伝送部が一体化していることが望ましい。【０００４】
より小型の心電図測定デバイスを実現するために、種々の提案がなされている。特許文献１ではイベント型であり、金属電極もしくはカーボン電極の心電計で波形表示機能を有す比較的大きい携帯型の心電計が開示されている。測定電極は体表面に貼り付けられ、コードで本体に接続される。特許文献２は、金属電極が本体に実装されているが単極誘導型であるため、測定可能な心電波形が限定される問題がある。また、心電図の基線変動による誤解析を防止する方法として電気的に検出し、補正する方法が開示されているが、装置コストが高くなる問題があった。特許文献３では胸部中央側にコモン電極を設け、本体ケースから両側方に延出する一対のアーム部とその先端部位に心電波形検出電極を設けた、双極誘導型の心電測定を可能としている。しかしながら、電極配置と極性が、標準モニタ誘導と著しく相違しているため、測定感度において、改良の余地があった。さらに電極の位置および基線の変動により、波形が安定化しない問題があった。【０００５】
一方、特許文献４では、測定した心電図の他に呼吸、体温、活動量の情報を微弱無線、特定小電力無線、Bluetooth（商標登録）, PHS等のテレメーター機能を備え、電話モデム装置、携帯電話、パーソナルコンピュータ等に送信される心電計が開示されている。しかしながら、多機能無線生体センサをネットワーク環境で有効利用するためには、センサの適正使用を判定する第１次判断機能が欠かせない。すなわち、コミュニケーションサーバ上で特別の操作が不要で暗号化処理が行えて生体データ転送のプライバシーを保護する機能、およびセンサの適正使用者と適正使用法、使用状態のモニタリングは、特許文献４の想定範囲外である。
【先行技術文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１２３３０２号公報
【特許文献２】特開２００６−６１４９４号公報
【特許文献３】特許第３８６７１６８号公報
【特許文献４】特開２００１−２９９７１２号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会誌  ｖｏｌ.９０、  Ｎｏ．８、２００７                                    ｐｐ６３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、心電波形を高感度で測定可能な多機能小型無線生体センサを実現する。さらに、ネットワーク環境で本センサを使用可能とするための、通信機能と判定機能を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、本発明の生体センサは、
（Ａ）本体ケースに設けた双極モニタ誘導測定用の、少なくとも２以上の電極と、
（Ｂ）本体ケースに接続し、本体ケースを所定の測定位置に位置調整と位置決めするための位置決め部材と、
（Ｃ）生体データを無線送信する通信手段と
を有することを特徴とする。【０００９】
好ましくは、前記位置決め部材は、吊り下げ部材とそれに搭載された位置調整固定部材からなる。【００１０】
好ましくは、前記心電波形測定電極は、本体ケースから両側に延出するアーム部の両端に第1の心電波形検出電極1とコモン電極２を有し、アーム部の中間点から鉛直方向に所定の距離離れたところに第二の波形検出電極3を有し、前記電極１と電極３の極性は標準四肢誘導の第II誘導相当の極性を有す。更に前記第一とコモン電極の形状は楕円形又は長方形であり、その長軸の方向を本体ケースから両側に延出するアーム部の方向に配置することが望ましい。
また、好ましくは前記複数の心電波形検出電極を固定した装着体を有する。【００１１】
好ましくは、前記第二の心電波形検出電極3は、心臓部下位に導く延長可能な誘導線を有し、心電波形検出電極1とコモン電極２の極性を相互に切り替える手段を有し、複数のモニタ誘導を測定する。【００１２】
好ましくは、本発明の生体センサは、心電計のほかに、加速度センサ、温度センサの内のいずれか一つを内蔵する。【００１３】
好ましくは、本発明の生体センサ用心電電極は、粘着性導電性樹脂に貼り付けた金箔または金属微粒子や金メッキからなり、皮膚に密着する。【００１４】
本発明の生体センサを用いた心電計システムの別の観点は、
（Ａ）心電波形を測定し、測定データを無線でコミュニケーションサーバ
に送信する生体センサと、
（Ｂ）前記生体センサの測定データを受信し、測定データの特徴抽出を行い、抽出された特徴データを統計処理して個人毎の基準値として記憶するコミュニケーションサーバと、
を有し、前記コミュニケーションサーバは、前記生体センサの測定データからセンサの使用状態を判定する一次判定部を有することを特徴とする。【００１５】
好ましくは、前記無線送信される測定データは、暗号化されている。【００１６】
好ましくは、前記コミュニケーションサーバは、生体センサの測定データの特徴抽出を行い、利用者個人毎の基準データを用いてセンサ使用者の認証と病理学的一次判定を行うことを特徴とする。【００１７】
好ましくは、前記病理学的一次判定は、緊急度のレベル分けがなされる。
好ましくは、前記コミュニケーションサーバは、前記病理学的一次判定結果の緊急度のレベルに対応して、異なる通報先に判定結果を送信する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明はユビキタス型としての小型のアクセサリー型心電計とそのシステムで、アクセサリーとして装着し易いデバイスで、被験者が少し、異常を感じたときに、衣服の上から肌につけたセンサーのスイッチを押し付け、高感度の多様な心電波形測定を可能とする。また、無線で安全に携帯電話などのコーディネータに送信できる。さらに、同心電計を着装した状態で、異なるアクセスポイントあるいは基地局に接続した場合でも、その暗号化キー生成が連続してできるシステムである。心電計から心電データをコミュニケーションサーバに送り、第１次判定が表示され、疑わしい判定がでた場合は直ちに、セキュリティも考慮された状態で、コミュニケーションサーバのある医療機関に送られ、判定を受けられるもので、いつでもどこでも測定でき、送信判定を仰げるユビキタス医療としての効果がある。電極の位置を考慮したことで、Ｐ波の表示もよく、判定精度も高い。特殊電極を採用したことで、粘着性がなく、長期間交換なしに使用可能であり、心電図の基線の安定性も良い。さらに、生体データを暗号化キー生成に用いることで、利用者は特別な設定が必要ないという使いやすいシステムとすることが出来ることを提案するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の生体センサの全体構成図である。
【図２】本発明の生体センサの別の実施形態を説明する図である。
【図３】位置決め部材の構成図である。
【図４】従来の標準肢モニタ第II誘導を示す。
【図５】従来のＭＣＬ５誘導とＣＭ5誘導を示す。
【図６】本発明の心電計システムの構成図である。
【図７】コミュニケーションサーバの構成図である。
【図８】心電波形とその処理に係る図である。
【図９】心電計システムの処理フローを示す。
【図１０】心電波形の各パラメータとその正常範囲を示す。
【図１１】装着帯を示す。
【図１２Ａ】装着帯に生体センサを取り付けた構成を示す。
【図１２Ｂ】装着帯に生体センサを取り付けた構成を示す。
【図１３】切替スイッチを示す。
【図１４】心電波形測定結果を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。【００２１】
図４、図５は従来のモニタ誘導の電極配置と極性を示す。図４は標準肢誘導の第II誘導であり、図５は心筋虚血の診断用に用いられるＭＣＬ５誘導及びＣＭ５誘導として知られているモニタ誘導である。両図において、左右の向きは通常被検者の向きで、○印と●印で示す電極位置は左右の手足の付け根、又は胸部である。両図から明らかなように、小型の心電計では、従来の双極モニタ誘導をそのまま踏襲することはできない。そのため、本発明は双極モニタ誘導を可能にする電極配置と極性を有する小型の心電センサを実現するものである。その代表的な実施例を図１と図２に示す。【００２２】
図１において、本願発明の実施形態の心電計の一例が示される。この心電計計測用生体センサは、首から位置決め固定部材７によって吊り下げられ、被験者の胸部に保持される本体ケース4とこの本体ケース4の上部に、双極モニタ誘導を計測するための、人体に向かって、その人体側の右側側面に左から心電波形検出電極1（負極）とコモン電極2（アース）を有するアーム部5によって構成される。この人体側側面のアーム部の中央から鉛直方向にのびた本体ケース4の人体側側面下部に第二の心電波形検出電極3（正極）が設けられる【００２３】
図１に示すように、本発明の心電計計測用生体センサは、小型化のため電極間距離を可能な限り短くした配置で、高感度の心電計測を行うため、電極極性は、標準肢誘導の第II誘導を踏襲している。しかしながら、電極配置において標準モニタ誘導をそのまま縮小配置することが有効ではなくなる。すなわち、電極の中心位置および体表面と平行な面内の回転傾きに依存して、測定波形と感度が著しく変化する。そのため、本発明の心電計計測用生体センサは、電極の中心位置決め調整、および体表面と平行な面内の回転傾き調整を可能とする位置決め固定部材と接続する。【００２４】
図２は、本願発明の別の実施形態を示す。この心電計計測用電極配置は、心臓に痛みを感じることのある虚血性心疾患の懸念のある人の心電波形観測のために、図１の心電波形検出電極３を本体ケースから引き出して、心臓部下部で左室誘導型の心電波形検出を可能とする電極配置である。本実施例において、使い方において第三の電極と区別するため第四の電極（正極）として定義する。望ましくは、本測定において、ＭＣＬ５誘導に順じた測定を行うには、電極１と電極２の極性を切り替え可能とする。【００２５】
図３は、位置決め固定部材がセンサ本体を吊るした状態を示す詳細実施例である。本位置決め固定部材はセンサ本体の２箇所のとめ具８と９に接続固定されて、センサ本体を首から吊るす。リング１０は固定部材を首から吊るすためのものであり、左右のストッパ１２、１３、および第一の調整固定部材１１を貫通して、その両端１４が第一の調整固定部材１１からはみ出した状態で、第一の調整固定部材１１に調整固定される。その両端１４は両端で一本の紐として固着されている。紐１５，１６はそれぞれストッパ１２、１３に接続されて連結部材１７、１８を貫通してその両端２０が第二の調整固定部材１９を貫通し、それからはみ出した状態で、第二の調整固定部材１９に調整固定される。その両端２０は両端で一本の紐として固着されている。それぞれの紐１５、１６の調整部材１７、１８からはみ出した長さでストッパ１２，１３と調整部材１７、１８間の長さが決定される。この実施例では、それぞれの紐１５、１６の長さが等しく、かつ両端２０が固着されているため、両端２０と第二の調整固定部材１９との距離を可変とすることにより、センサ本体の高さを調整できる。【００２６】
利用者は、好ましくは健康状態で位置決め固定部材７の位置調整を行う。すなわち、最初にリング１０を首周りに固定するため、リング１０を首周りに通し、両端１４を引っ張り、リング１０が首周りに密着した状態で調整固定部材１１のストッパによりリング１０を固定する。この時調整固定部材１１は人体の正面対象中心軸に概ね沿うようにし、かつセンサ本体がセンサを吊るした状態（重力のみで吊るされた状態）で概ね水平の向きに保つようにする。次に両端２０と第二の調整固定部材１９との距離を変化させ、センサ本体の高さを調整する。この調整段階では心電波形を観測しながら、または測定し測定結果を無線送信して医者からの指示を受けながら正常な波形が得られるよう、高さを調整する。【００２７】
好ましくは、本発明からなる心電計測用生体センサの電極は粘着性のある導電性高分子、たとえば同導電性ポリウレタン樹脂層に金箔貼り付け、または金粉塗装や金メッキしたものを用いる。導電性ポリウレタン樹脂層は電極と人体の密着性を改善する効果がある。短期間使用の場合は金箔貼り付けまたは金粉塗装や金メッキはなくてもよいが、長期間使用の場合は、表面電位の安定化および経時劣化の問題があるため、導電性ポリウレタン樹脂層の保護及び、経時安定性改善のために金箔貼り付け、または金粉塗装を行うのが好ましい。【００２８】
前記第一と第二及び第三の電極は、人体の所望の位置に配置される必要があり、更にセンサ本体を押し当てたときに、電極表面全体が人体表面に密着する必要がある。そのため、第一と第二の電極は第一胸間に配置し、第三の電極は  左右の第四胸間の中心に配置することが好ましい。更に、第一と第二の電極表面形状は、第一と第二胸骨の間で体表に密着させるために、胸骨の長手方向を長軸とする楕円形状もしくは長方形であり、第三の電極表面形状は、胸骨の長手方向を短軸とする楕円形状もしくは長方形とすることが好ましい。そのために、第一と第二の電極の長軸の方向を本体ケースから両側に延出するアーム部の方向に配置することが望ましい。好ましくは前記第三の心電波形検出電極の形状は楕円形又は長方形であり、その長軸の方向その長軸の方向を本体ケース上部から下部に向かう垂直方向とする【００２９】
第四の電極は左前腋窩線において、第５肋間と左鎖骨中央線の交点と同じ高さに配置する。この場合、ユーザは第四の電極と本体の双方を保持する必要があるので、使い方が煩雑となる。これを避けるため、図１１に示す電極配線付きの装着帯を用いることが好ましい。本装着帯は人体胸部を取り囲み電極を皮膚に密着させる弾性構造を有し、位置決め部材の機能も有する。センサは図１２Ａと図１２Ｂに示すように電極接続を兼ねた電極勘合部９で装着帯に保持される。図１２Ａの実施例においては、第一と第二及び第三の電極は概ね勘合部直下にあり、第四の電極は勘合部から引き出し配線１０により電極ビス１１に接続する。本実施例において通常の第II誘導相当測定時は第四の電極を絶縁体で覆い、第II誘導相当以外の測定時は第三の電極を絶縁体で覆う。図１２Ｂの実施例においては、嵌合部は全て人体表面と絶縁しており、また、第一の電極と第二の電極及び第三の電極は引き出し配線１０により接続した電極ビス１１上に設ける。全ての電極配線は、勘合部から装着帯に取り付けた切り替えスイッチを経由して電極ビスに接続する。本実施例により、第一の電極と第二の電極、第三の電極と第四の電極を切り替えることにより、図４と図５に示すそれぞれのモニタ誘導を切り替えることが可能となる。【００３０】
図１３は装着帯に設ける切り替えスイッチ１２の実施例であり、通常の第II誘導の測定時はスイッチが実線矢印の位置であり、ＭＣＬ５誘導の測定時は点線の矢印位置に切り替える。また、第三と第四の電極のみを切り替えることにより、ＣＭ５誘導に準じるモニタ誘導の測定が可能である。本実施例は装着帯上に接続用配線を設けることにより、第四の電極の電極位置の自由度を増すことが可能となる。第四の電極の位置を変更するか、第三の電極と切り替え可能な複数の電極を装着帯の異なる位置に設けることにより、６個の標準胸部誘導に準じるモニタ誘導の全てを測定することも可能となる。【００３１】
本発明の心電センサを用い、第II誘導相当の心電波形を測定した結果を図１４に示す。図から明らかな様に、心電波形で特徴的なＰ波Ｒ波Ｑ波S波T波がそれぞれ観測可能となっている。【００３２】
本発明からなる心電計測用生体センサは、本体ケースの中央部には起動スイッチ6が設けられ、イベント発生時に被験者は肌につけた本体ケースを衣服の上から、この起動スイッチ６を押し付けることにより、測定が開始され、心電図データが携帯電話やＰＤＡなどのコーディネータに無線送信される。さらに、無線受信機能を内蔵させる場合、受信は送信後一定期間に限定する。結果として、必要な電力消費を最小限にすることができる。【００３３】
本発明の心電計システムの別の観点は、本生体センサをユビキタス環境で使用可能とし、利用者が本センサを容易に使用可能とするための支援サポート機能を提供し、牽いてはヘルスケアサポート環境を構築するためのシステムに関するものである。図６にその全体システムの構成を示す。同図において、コーディネータ２１は、無線ＬＡＮインタフェースを有す携帯電話もしくはパーソナルコンピュータであり、生体センサとセキュアな無線接続を行い、生体情報を授受する。コーディネータ２１は基地局２２またはアクセスポイント２３を経由してアプリケーションサーバ２４と交信し、利用者基準情報および診断用計測データの送受を行う。基地局２２とアクセスポイント２３およびアプリケーションサーバ２４はローカルな無線ＬＡＮネットワーク、および広域の無線通信ネットワークと電話網およびＩＰネットワークに乗り入れることが可能で、シームレスな通信網を構成する。コーディネータ２１とアプリケーションサーバ２４を総称してコミュニケーションサーバと呼ぶ。【００３４】
コミュニケーションサーバは図７に示すように、生体センサの利用者をチェックする利用者認証部２５と、生体センサが正しく使用されているかどうか、および
正しい測定をサポートする一次判定部２６、さらに利用者毎に測定結果を収集し、特徴抽出を行い特徴データを記憶する診断用データ処理・記憶部２７から構成されている。利用者認証部２５と一次判定部２６および診断用データ処理・記憶部２７は通信制御部２８を介してネットワークに接続する外部機関のサーバ、およびコーディネータ２１にアクセス可能とする。なお、生体センサが正しく使用されているかどうか、および正しい測定をサポートする一次判定部２６は、通常はコーディネータに置かれる。図９では、コーディネータにその機能を置いた実施例を示す。
以下コミュニケーションサーバの機能を詳細に説明する。【００３５】
１．利用者認証
利用者認証部２５は生体センサから送信された利用者の心電波形等の生理学的データのデータ処理を行い特徴データに変換し、センサ使用者として登録された特徴データとの比較を行う。比較の結果、顕著な差異がなければ、測定データは診断用データ処理・記憶部に送られ、利用者データが更新される。顕著な差異が発見された場合は、その内容に依存して通信制御部２８を介してコーディネータ、もしくはネットワークに接続する外部の監視センタ（アプリケーションサーバのあるセンタ）にメッセージ送信を行う。【００３６】
認証チェック用の特徴データとして、図８に示す利用者の心電データの基準データ（平均値μ、標準偏差σ）が使用可能である。図８に示す通常の心電図波形は、P波、QRS波、T波、U波から構成され、心電波形の振幅があらかじめ設定した閾値を越えた点をパルスで表現し、その間隔で心拍数などを導出する。閾値ΔＢは各波形の波高と幅を決定し、更に基線の補正に使用する。  一般的に、心電図の場合、心電図の振幅（大きさ）はその環境によってかなり変化するが、心電の間隔（時間関係）は、電極の位置などによって変化しない。このため、閾値ΔBを定めることにより、図９に表されている各波形のパラメータから、個人差のみならず、その個人のその置かれている環境を表す時間的差異による基準データを取り出す事ができる。なお、基準データとして、基線データ（ベースライン設定値とその時間変化）も含めれば、センサの使用状態の判定に利用することができる。【００３７】
基準データは以下のようにして生成する。生体センサの計測データから、図８に示す心電波形のｍ個のパラメータｓｉ（ｉ＝１，２、. .. .ｍ）について、それぞれｎ個のデータからｍ個の平均値μｉとｍ個の標準偏差σｉを計算する。それを要素として、２ｍ次元の特徴ベクトルｖ（μ1，μ2，...μm，σ1,σ2,..．σm）を定義する。測定を複数回繰り返せば、特徴ベクトルは２ｍ次元空間内で、個人毎の分布を有す基準データセットＶが作成される。複数の被険者に対して健康時の基準データセットを収集することにより、認証用基準データセットを構築でき、診断用データ処理・記憶部２７に記憶される。利用者認証部２５は測定された特徴ベクトルｖと基準データセットとのパターンマッチングを行い、認証判定を行う。パターンマッチングは、基準データセットをトレーニングセットとして用い、利用者毎に複数の参照ベクトルを抽出し、特徴ベクトルｖとの距離を計算するか、神経回路網を用いる。本認証判定は健康者を対象としているため、以下に説明する一次判定において、センサの正しくない使用もしくは病理学的な異常が判別された場合は、認証結果は無視される。【００３８】
２．一次判定
２−１．ユーザサポート
コミュニケーションサーバの一次判定部２６の第一の機能は、生体センサの測定データをチェックし、その使用法をリモートでサポートする。そのため、心電波形または３軸加速度センサの測定データを解析し、それぞれの解析結果、あるいはその組み合わせにより、異常を検出する。心電波形の解析結果からは、センサの使用状態を判定できる。すなわち、心電測定波形がセンサの位置に対し特有の変化をすることを判定に利用するものである。また、基線の時間変動はセンサの電極が安定して生体に密着しているかどうかの判定に用いる。【００３９】
３軸加速度センサの測定データは、センサの使用状態についての、より直接的な解析結果として利用できる。重力加速度ベクトルとその時間変化が測定可能なセンサを用いると、センサ面の３次元向きおよびそれを装着した利用者の運動状態が推
定できる。利用者の健康状態でのセンサ位置固定用具の初期設定の段階では、センサを首から吊るした状態で、センサの向きベクトルを測定しながら、センサのｃ面（図１のセンサ面）が地面に対し垂直になるよう、センサの傾きを調整する。次に心電波形を観測しながら、高さの初期設定を行う。本作業は、医師あるいは医療従事者の指導のもとにリモートで行うことが可能となる。【００４０】
２−２．診断サポート
初期設定により正常な心電波形が観測可能となると、測定データから得られる特徴ベクトルｖは図１０の正常範囲と比較され、ｖが正常範囲から逸脱する場合、異常と判断され、逸脱する度合いに応じて対応の緊急度が設定される。
この段階においても、３軸加速度センサの測定データは使用状態のモニタに使われる。すなわち、心電波形の計測に影響を与えるユーザの姿勢や運動状態をモニタし、診断に有用な情報を提供する。例えば利用者が立っているかどうかの判定することは、異常と判定された時に緊急性を判断するうえで重要である。あるいは歩行状態であるかどうか、また過度の運動状態であるかどうか、さらに静止状態であってもうつ伏せ状態であるかどうかが等の情報も、３軸加速度センサの計測データから判定可能であり、心電波形の判定に対して有用な情報となる。【００４１】
２−３．通信機能
Ａ）通報レベル制御
コーディネータの第１次簡易判定ソフトにより、最終的に心電図波形から異常とその予兆と判断されたものはその緊急度に応じて、相手先に判定結果を送信する。例えば、軽度の異常であれば、コーディネータに送信され、緊急性を要するレベルの結果は、医療機関に送信される。この場合、利用者情報と心電波形や体温の情報、および３軸加速度センサの測定データ処理結果等の測定条件に係わる情報も同時に送信し、医療機関側で可能な限り総合的な診断を行うことを可能とする。また、緊急性を判断する指標に基づき、緊急性指標を送信する。緊急に対応する必要がある場合は、介護センタもしくは利用者の親族等、あらかじめ通信制御部に登録された送信先にその緊急性指標を送信する。【００４２】
Ｂ）セキュリティ
本発明の生体センサは、そのコーディネータである携帯端末を着装すれば、屋内から屋外に出た場合でも、図６に示すネットワーク環境で使用可能となる。この場合でも利用者認証部によって、心電計とコーディネータ間のセキュリティは確保される。図９は、その処理フローの一例を示す。利用者は、心電計を着装するにあたって、同心電計とそのコーディネータである携帯端末を持った状態で医師の診察を受ける。同心電計のセットアップ時は、医師と対面している事から、その場でその心電計とコーディネータの関係付けを行い、利用者認証サーバから同利用者の基準データ（心電データ、その平均μ、標準偏差σ）を得る。同時に、コーディネータは心電計から生体データを得て、平均と標準偏差を求め、同一性判定を行う。この同一判定では、[μ―ｎσ、μ＋ｎσ］においてｎ＝＜３が成立する事（統計学的に９９．７％の同一性）を確認し、その平均μと最大絶対値｜ｎσ｜からハッシュ値を求め、それを心電計とコーディネータとの間の共通キーとし、それを心電計にも送付する。以降、心電計はこの共通キーを用いて生体データを暗号化し、コーディネータに送る。生体データをコーディネータからネットワークに送付するにあたって、そのデータに基づいて、利用者認証サーバの基準データを順次更新していく。【００４３】
暗号鍵生成用のデータとして、センサの計測地の変動要素を用いることができる。すなわち、図８に示すように、センサの観測波形から閾値A以上の値によって生成されるバイナリ値は、様々な観察環境によって変化するランダムな要素を有している。そのバイナリ値からハッシュ値Cnを生成して、暗号鍵生成用のデータとする。また、心電図などの場合、振幅の時間的変化が閾値ΔBを越えている間の時間をパルスで表現し、そこから基線部分以外の振幅変化がある波形部分を抽出することも可能である。このデータを用いることにより、暗号鍵データセットの種の唯一性を得る事ができる。生体情報を用いて暗号鍵を生成し、暗号化通信を行う方法とシステムは、本願発明者がすでに特許出願しており（PCT/JP2008/001696）、発明の詳細は本願に全て組み入れるものとする。【００４４】
以上の説明で本発明からなるコミュニケーションサーバの機能を、コーディネータとアプリケーションサーバに振り分けて分担させること、又は一部もしくは全部を重複して組み込むことも本発明の範疇である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明からなる生体センサとそれを用いた生体センサネットウェアークシステムは、ユビキタス環境で使用可能なヘルスケアモニタとして医療現場や介護施設、あるいは個人単位でのケーブルレスでの体調管理や医療分野でのさまざまな利用形態への適用が考えられる。
【符号の説明】
【００４６】
１      第一の心電波形検出電極
２      コモン電極
３、4      第二の心電波形検出電極
５      アーム部
６      起動スイッチ
７      位置決め部材
８      装着体
９      電極嵌合部
１０      接続配線
１１      電極ビス
１２      切り替えスイッチ
２１      コーディネータ
２２      基地局
２３      アクセスポイント
２４      アプリケーションサーバ
２５      利用者認証部
２６      一次判定部
２７      診断用データ処理・蓄積部
【図１】
2010023962.tif 000003
【図２】
2010023962.tif 000004
【図３】
2010023962.tif 000005
【図４】
2010023962.tif 000006
【図５】
2010023962.tif 000007
【図６】
2010023962.tif 000008
【図７】
2010023962.tif 000009
【図８】
2010023962.tif 000010
【図９】
2010023962.tif 000011
【図１０】
2010023962.tif 000012
【図１１】
2010023962.tif 000013
【図１２Ａ】
2010023962.tif 000014
【図１２Ｂ】
2010023962.tif 000015
【図１３】
2010023962.tif 000016
【図１４】
2010023962.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月30日(2010.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の心電波形を測定する生体センサにおいて、
（Ａ）本体ケースに固定したアーム（５）と、
（Ｂ）前記アーム（５）の１端に設けた第１の心電波形検出電極（１）と、他端に設けたコモン電極（２）と、
（Ｃ）前記アームに直交する位置で、前記アームから離間した位置に配置された第２の心電波形検出電極（３）と、
（Ｄ）前記本体ケースに接続し、前記本体ケースを所定の測定位置に配置する位置決め部材（７）と、
（Ｅ）前記電極から得られた生体データを無線送信する通信手段とを有し、
前記第一と第二の心電波形検出電極（１，３）は、双極モニタ誘導測定用であり、
前記第一の心電波形検出電極（１）は、前記人体の第二肋間に配置され、
前記第二の心電波形検出電極（３）は、前記人体の左右の第四肋間の中央に配置され、
前記第一の心電波形検出電極（１）と第二の心電波形検出電極（３）は、標準四肢誘導の第ＩＩ誘導の極性を有する
ことを特徴とする生体センサ
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
人体の心電波形を測定する生体センサにおいて、
（Ａ）本体ケースに固定したアーム（５）と、
（Ｂ）前記アーム（５）の１端に設けた第一の心電波形検出電極（１）と、他端に設けたコモン電極（２）と、
（Ｃ）前記アームに直交する位置で、前記アームから離間した位置に配置された
第二の心電波形検出電極（３）と、
（Ｄ）前記第二の心電波形検出電極（３）に電気的に接続され、心臓部の下側に配置される第三の心電波形検出電極（４）と
（Ｅ）前記本体ケースに接続し、前記本体ケースを所定の測定位置に配置する位置決め部材（７）と、
（Ｆ）前記電極から得られた生体データを無線送信する通信手段とを有し、
前記第一と第二と第三の心電波形検出電極（１，３，４）は、複数の双曲モニタ誘導を測定する
ことを特徴とする生体センサ。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
前記第一の心電波形検出電極（１）と前記コモン電極（２）は、前記アーム（５）部の長手方向を長軸とする楕円形状もしくは長方形である
ことを特徴とする請求項１、４のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項８】
前記第二の心電波形検出電極（３）の形状は、前記アーム（５）部の長手方向を短軸とする楕円形状もしくは長方形である
ことを特徴とする請求項１，４、７のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項９】
（Ｇ）複数の心電波形検出電極を前記身体に固定する装着体（８）と、
（Ｈ）前記複数の心電波形検出電極の内の少なくとも一つを選択するスイッチ（１２）とを有する
ことを特徴とする請求項１，４，７、８のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項１０】
人体の心電波形を測定する心電計システムにおいて、
前記心電計システムは、生体センサと、コーディネータ（２１）と、コミュニケーションサーバ（２４）と
前記生体センサは、
（Ａ）本体ケースに固定したアーム（５）と、
（Ｂ）前記アーム（５）の１端に設けた第１の心電波形検出電極（１）と、他端に設けたコモン電極（２）と、
（Ｃ）前記アームに直交する位置で、前記アームから離間した位置に配置された第２の心電波形検出電極（３）と、
（Ｄ）前記本体ケースに接続し、前記本体ケースを所定の測定位置に配置する位置決め部材（７）と、
（Ｅ）重力加速度を３軸方向で検知する３軸加速度センサと
（Ｆ）心電波形測定データと前記３軸加速度センサから得られた生体データを無線送信する手段と、
を有し、
前記コーディネータ（２１）は、
前記生体センサから送信される生体データを受信し、
前記コミュニケーションサーバ（２４）は、
前記コーディネータから送信された生体センサの測定データを受信し、
前記コーディネータ（２１）又は前記コミュニケーションサーバ（２４）は、受信データを解析処理して、前記生体センサの位置決め状態を遠隔で把握する
ことを特徴とする心電計システム。
【請求項１１】
前記生体センサと、コーディネータ（２１）と、コミュニケーションサーバ（２４）との間で無線送信される測定データは、暗号化されている
ことを特徴とする請求項１０記載の心電計システム。
【請求項１２】
前記コミュニケーションサーバ（２４）は、生体センサの測定データの特徴抽出を行い、利用者個人毎の基準データを用いてセンサ使用者の認証と
心電波形異常の一次判定を行う
ことを特徴とする請求項１０から１１のいずれかに記載の心電計システム。
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
前記コミュニケーションサーバ（２４）は、前記心電波形異常の一次判定結果に応じて、異なる複数の通報先に、前記判定結果を送信することを特徴とする請求項１２記載心電計システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
は人体の正面対象中心軸に概ね沿うようにし、かつセンサ本体がセンサを吊るした状態（重力のみで吊るされた状態）で概ね水平の向きに保つようにする。次に両端２０と第二の調整固定部材１９との距離を変化させ、センサ本体の高さを調整する。この調整段階では心電波形を観測しながら、または測定し測定結果を無線送信して医者からの指示を受けながら正常な波形が得られるよう、高さを調整する。
［００２７］
好ましくは、本発明からなる心電計測用生体センサの電極は粘着性のある導電性高分子、たとえば同導電性ポリウレタン樹脂層に金箔貼り付け、または金粉塗装や金メッキしたものを用いる。導電性ポリウレタン樹脂層は電極と人体の密着性を改善する効果がある。短期間使用の場合は金箔貼り付けまたは金粉塗装や金メッキはなくてもよいが、長期間使用の場合は、表面電位の安定化および経時劣化の問題があるため、導電性ポリウレタン樹脂層の保護及び、経時安定性改善のために金箔貼り付け、または金粉塗装を行うのが好ましい。
［００２８］
前記第一と第二及び第三の電極は、人体の所望の位置に配置される必要があり、更にセンサ本体を押し当てたときに、電極表面全体が人体表面に密着する必要がある。そのため、第一と第二の電極は第二肋間に配置し、第三の電極は  左右の第四肋間の中心に配置することが好ましい。更に、第一と第二の電極表面形状は、第二と第三肋骨の間で体表に密着させるために、肋骨の長手方向を長軸とする楕円形状もしくは長方形であり、第三の電極表面形状は、肋骨の長手方向を短軸とする楕円形状もしくは長方形とすることが好ましい。そのために、第一と第二の電極の長軸の方向を本体ケースから両側に延出するアーム部の方向に配置することが望ましい。好ましくは前記第三の心電波形検出電極の形状は楕円形又は長方形であり、その長軸の方向を本体ケース上部から下部に向かう垂直方向とする
［００２９］
第四の電極は左前腋窩線において、第５肋間と左鎖骨中央線の交点と同じ高さに配置する。この場合、ユーザは第四の電極と本体の双方を保持する必要があるので、使い方が煩雑となる。これを避けるため、図１１に示す電極配
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月1日(2011.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の心電波形を測定する生体センサにおいて、
（Ａ）本体ケース（４）に固定したアーム（５）と、
（Ｂ）前記アーム（５）の一端に設けた第１の心電波形検出電極（１）と、他端に設けたコモン電極（２）と、
（Ｃ）前記アームに直交する位置で、前記アームから離間した位置に配置された第２の心電波形検出電極（３）と、
（Ｄ）前記本体ケース（４）に接続し、前記本体ケース（４）を所定の測定位置に配置する位置決め部材（７）と、
（Ｅ）前記電極から得られた生体データを無線送信する通信手段と
を有し、
前記第１と第２の心電波形検出電極（１，３）は、双極モニタ誘導測定用であり、
前記第１の心電波形検出電極（１）は、前記人体の第２の肋骨の間に配置され、
前記第２の心電波形検出電極（３）は、前記人体の左右の第４肋骨間の中央に配置され、
前記第１の心電波形検出電極（１）と第２の心電波形検出電極（３）は、標準四肢誘導の第ＩＩ誘導の極性を有する
ことを特徴とする生体センサ。
【請求項２】
人体の心電波形を測定する生体センサにおいて、
（Ａ）本体ケース（４）に固定したアーム（５）と、
（Ｂ）前記アーム（５）の一端に設けた第１の心電波形検出電極（１）と、他端に設けたコモン電極（２）と、
（Ｃ）前記アームに直交する位置で、前記アームから離間した位置に配置された第２の心電波形検出電極（３）と、
（Ｄ）前記第２の心電波形検出電極（３）に電気的に接続され、心臓部の下側に配置される第３の心電波形検出電極（４）と
（Ｅ）前記本体ケース（４）に接続し、前記本体ケース（４）を所定の測定位置に配置する位置決め部材（７）と、
（Ｆ）前記電極から得られた生体データを無線送信する通信手段と
を有し、
前記第１と第２と第３の心電波形検出電極（１，３，４）は、複数の双極モニタ誘導を測定する
ことを特徴とする生体センサ。
【請求項３】
前記第１の心電波形検出電極（１）と前記コモン電極（２）は、前記アーム（５）部の長手方向を長軸とする楕円形状もしくは長方形である
ことを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項４】
前記第２の心電波形検出電極（３）の形状は、前記アーム（５）部の長手方向を短軸とする楕円形状もしくは長方形である
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項５】
（Ｇ）前記複数の心電波形検出電極を前記身体に固定する装着体（８）と、
（Ｈ）前記複数の心電波形検出電極の内の少なくとも一つを選択するスイッチ（１２）と
を有する
ことを特徴とする請求項１―４のいずれかに記載の生体センサ。
【請求項６】
人体の心電波形を測定する心電計システムにおいて、
前記心電計システムは、生体センサと、コーディネータ（２１）と、コミュニケーションサーバ（２４）と
を有し、
前記生体センサは、
（Ａ）本体ケース（４）に固定したアーム（５）と、
（Ｂ）前記アーム（５）の一端に設けた第１の心電波形検出電極（１）と、他端に設けたコモン電極（２）と、
（Ｃ）前記アームに直交する位置で、前記アームから離間した位置に配置された第２の心電波形検出電極（３）と、
（Ｄ）前記本体ケース（４）に接続し、前記本体ケース（４）を所定の測定位置に配置する位置決め部材（７）と、
（Ｅ）重力加速度を３軸方向で検知する三軸加速度センサと
（Ｆ）心電波形測定データと前記三軸加速度センサから得られた生体データを無線送信する手段と、
を有し、
前記コーディネータ（２１）は、前記生体センサから送信される生体データを受信し、
前記コミュニケーションサーバ（２４）は、前記コーディネータ（２１）から送信された生体センサの測定データを受信し、
前記コーディネータ（２１）又は前記コミュニケーションサーバ（２４）は、受信データを解析処理して、前記生体センサの位置決め状態を遠隔で把握する
ことを特徴とする心電計システム。
【請求項７】
前記生体センサと、コーディネータ（２１）と、コミュニケーションサーバ（２４）との間で無線送信される測定データは、暗号化されている
ことを特徴とする請求項６記載の心電計システム。
【請求項８】
前記コミュニケーションサーバ（２４）は、前記生体センサの測定データの特徴抽出を行い、利用者個人毎の基準データを用いて、前記生体センサの使用者の認証と心電波形異常の一次判定を行う
ことを特徴とする請求項６，７のいずれかに記載の心電計システム。
【請求項９】
前記コミュニケーションサーバ（２４）は、前記心電波形異常の一次判定結果に応じて、異なる複数の通報先に、前記判定結果を送信する
ことを特徴とする請求項８記載の心電計システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
前記第一と第二及び第三の電極は、人体の所望の位置に配置される必要があり、更にセンサ本体を押し当てたときに、電極表面全体が人体表面に密着する必要がある。そのため、第一と第二の電極は第二肋骨に配置し、第三の電極は左右の第四肋骨の中心に配置することが好ましい。更に、第一と第二の電極表面形状は、第二と第三の肋骨の間で体表に密着させるために、肋骨の長手方向を長軸とする楕円形状もしくは長方形であり、第三の電極表面形状は、肋骨の長手方向を短軸とする楕円形状もしくは長方形とすることが好ましい。そのために、第一と第二の電極の長軸の方向を本体ケースから両側に延出するアーム部の方向に配置することが望ましい。好ましくは前記第三の心電波形検出電極の形状は楕円形又は長方形であり、その長軸の方向を本体ケース上部から下部に向かう垂直方向とする。
【国際調査報告】
2010023962.tif 000018
2010023962.tif 000019
2010023962.tif 000020
2010023962.tif 000021