(57)【要約】  心拍測定装置は次を含む：利用者のＥＣＧ信号を検出するための複数の電極；信号を処理するための信号処理手段、ここで、信号はＥＣＧ信号から導出され、かつ、信号は導出された信号から利用者の心拍関連情報を抽出するように適応される；及び、心拍関連情報を外部装置に送信するための、標準化無線通信モジュール。本願発明の心拍測定装置では、信号処理手段を、標準化無線通信モジュールの通信処理装置に実装する。
2009543587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者のＥＣＧ信号を検出するための複数の電極；
信号を処理するための信号処理手段、ここで、前記信号は前記ＥＣＧ信号から導出され、かつ、前記信号は前記導出された信号から前記利用者の心拍関連情報を抽出するように適応される；及び
前記心拍関連情報を外部装置に送信するための、標準化無線通信モジュール；
を含む心拍測定装置、ここで、前記信号処理手段は、前記標準化無線通信モジュールの通信処理装置に実装される。
【請求項２】
デジタル信号を前記導出された信号として提供するために前記ＥＣＧ信号を標本化するためのアナログ／デジタル変換器を更に含む、請求項１の装置。
【請求項３】
前記標準化無線通信モジュールは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のモジュールであることを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項４】
少なくとも前記電極は、前記利用者の胸に巻いて着用する胸ベルトに統合されていることを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項５】
前記電極と、前記信号処理手段との間に置かれる、ＥＣＧ信号増幅及びフィルタリング手段を更に含む、請求項１の装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項の心拍測定装置；及び
前記心拍測定装置の前記標準化無線通信モジュールからの前記心拍関連情報を受信するように構成された外部装置；
を含む心拍測定システム。
【請求項７】
前記外部装置は、携帯電話、手持ち型計算機、ＰＣ、又は該均等物であることを特徴とする、請求項６のシステム。
【請求項８】
心拍関連情報を外部装置に提供する方法であって：
利用者のＥＣＧ信号を検出する工程；
前記ＥＣＧ信号から導出された信号から前記利用者の前記心拍関連情報を抽出するために、前記ＥＣＧ信号から前記導出された信号を処理する工程；
通信処理装置に実装された標準化無線通信プロトコルを用いて、前記心拍関連情報を前記外部装置に送信する工程；
を含む方法、ここで、前記導出された信号を処理する前記工程は、前記通信処理装置で行われる。
【請求項９】
処理する前記工程の前に、前記ＥＣＧ信号を標本化しデジタル信号に変換する工程を更に含む、請求項８の方法、ここで前記デジタル信号は、前記導出された信号を含む。
【請求項１０】
前記導出された信号を処理する前記工程は：
前記ＥＣＧ信号における頂点の徴候を抽出する工程；
前記徴候から、後続の諸心拍の間の時間間隔を判断する工程；及び
前記時間間隔の逆数を計算する工程；
を含むことを特徴とする、請求項８の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、心拍測定装置に関する。この心拍測定装置は、利用者の心電図（ＥＣＧ）信号を検出するための複数の電極を含む。
【０００２】
本願発明はまた、心拍関連情報を外部装置に伝える方法に関する。この方法は、利用者のＥＣＧ信号を検出することを含む。
【０００３】
更に、本願発明は、心拍測定システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
とりわけ直近の過去１０年は、従来の健康管理システムを、どのように修正するのがよいかという議論が喧しい。これは、現代の様々な問題に立ち向かうためである。例えば、平均余命の伸び、極めて高額な治療費を必要とする慢性病の患者数が劇的に増えていること等の問題がある。この文脈で、個人が自身の健康にどう注意を払うかという問題が広く議論されている。答えはまだ見えないが、個人が自身の健康に注意を払うことを促進し、それに報いることは、健康的な栄養摂取であれ、健康管理プログラムにおいて心拍を測定するシステムを用いて定期的に運動することであれ、現代の、また、将来においても、健康管理システムの不可欠な要素であることに、疑いは無い。
【０００５】
購入できる最先端の心拍測定システムで、健康管理に関して使うものは、ＥＣＧ信号の頂点を検出し、電磁信号を、検出した心拍の各々について、標準化されていない手法で、送出する。この信号の周波数は、典型的には、４ｋＨｚ近辺である。特殊な腕時計型の装置によって、胸に巻くベルト状の心拍計が送出する信号を受信する。腕時計型の装置は信号に対応する心拍数を計算し、結果を利用者に示す。このように、最新の胸に巻くベルト状の心拍計の「知的」な処理を行う部分は全て、腕時計に組み込まれている。腕時計がこのシステムの中心であり、胸に巻くベルトはこの腕時計とインターフェースを取る。他方、腕時計は、外部の世界とインターフェースを取る。例えば、ＰＣと繋がる。言い換えれば、現在入手できる、胸に巻くベルト状の心拍計は、いかなるデジタル信号処理部も含んでいない。例えば、超小型処理装置のようなものを含んでいない。胸に巻くベルト状の心拍計では、信号処理は、完全に、アナログ電子回路で行われている。このことは、ＥＣＧにおいて心拍を検出する品質に関する限り、可能な最良の性能を発揮できないという欠点を持つ。更に、専用のハードウェア（例えば適切な低周波受信器を含む腕時計）しか、このような心拍計の装置に接続できない。
【０００６】
前述の低周波による送信手法の代わりに、標準化した無線接続を実装するシステムは、数多く知られている。即ち、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線接続を使う。しかし、そのようなシステムでは、追加のハードウェアの費用が必要になる。即ち、超小型処理装置の形態を取る信号処理手段を用いてＥＣＧの頂点の検出を行う場合は、典型的には、通信処理用の、もう１つの超小型処理装置が必要になる。この更なる超小型処理装置を用いて、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に基づく信号の送信を外部装置に対して行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明が解決しようとする課題は、既存の装置と比べて改良された、心拍を測定する装置、システム、及び方法を提供することである。改良点は、本願発明による心拍を測定する装置、システム、及び方法は、高品質で、精確な、信頼できる心拍の測定を達成し、かつ、いかなる専用の追加のハードウェア部品も導入しないということである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の第１の観点によれば、この課題を解決するために、次を含む心拍測定装置を提供する：
利用者のＥＣＧ信号を検出するための複数の電極；
信号を処理するための信号処理手段、ここで、信号はＥＣＧ信号から導出され、かつ、信号は導出された信号から利用者の心拍関連情報を抽出するように適応される；及び
心拍関連情報を外部装置に送信するための、標準化無線通信モジュール；
ここで、信号処理手段は、標準化無線通信モジュールの通信処理装置に実装される。
【０００９】
本願発明の第２の観点によれば、この課題をまた、心拍測定システムを提供することによって解決する。このシステムは本願発明の前述の第１の観点による心拍測定装置を含む。このシステムはまた、心拍測定装置の標準化無線通信モジュールからの心拍関連情報を受信するように構成された外部装置を含む。
【００１０】
本願発明の第３の観点によれば、この課題を更に、外部装置に心拍関連情報を伝える方法を提供することによって達成する。この方法は次の工程を含む：
利用者のＥＣＧ信号を検出する工程；
ＥＣＧ信号から導出された信号から利用者の心拍関連情報を抽出するために、ＥＣＧ信号から導出された信号を処理する工程；
通信処理装置に実装された標準化無線通信プロトコルを用いて心拍関連情報を外部装置に送信する工程；
ここで、導出された信号の前述の処理は、通信処理装置で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本願発明による心拍測定装置及び心拍測定システムの概略の区画図である。
【図２】本願発明による方法の実施例を説明するための流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
従って、本願発明の根本的な基礎概念によれば、ＥＣＧ信号において頂点を検出するための信号処理は、標準化無線通信モジュール（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のモジュール）の内部の通信処理装置で、直接実装される。一般的に、いかなる標準化無線通信モジュールをも、本願発明の文脈で用いることができる。ただし、そのモジュールが、ＥＣＧ信号を処理するために十分な（未使用の）処理容量を提供することが条件である。しかし、本願発明の根本的な基礎概念は、自明からはほど遠い。通信処理装置は、普通は、対応する標準化無線通信プロトコル（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のプロトコル）を処理することだけに専念しているからである。
【００１３】
それにもかかわらず、心拍関連情報を導出するために用いる算法が、その通信処理装置に過度な処理能力の負荷を課さないという前提で、ＥＣＧ信号又はＥＣＧ信号から導出された信号（例えば標本化デジタル信号）を処理するために、通信処理装置を並行して利用することは可能である。本願の出願人は、心拍を測定する算法を開発済みである。この算法は、高品質なＥＣＧの頂点検出を行い、かつ、必要とする処理能力はそれほど大きくない。この算法自体が本願発明の部分を構成するわけではないが、この算法を、本願発明により、標準化無線通信モジュールの通信処理装置に実装できる。
【００１４】
前述の心拍測定算法の文脈で、本願の出願人は、更に少ない計算資源しか要求しない、心拍測定算法の実装を考案した。この算法をＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＭＳＰ４３０処理装置で実装した。この場合、ＥＣＧ信号を２５６Ｈｚで標本化するには、約２６０ＫＩＰＳ（千命令毎秒）を必要とする。２５６Ｈｚという標本化周波数は、心拍を計算するためには十分以上の値である。
【００１５】
標本化周波数を下げれば、計算量も比例して下がる。例えば、１００Ｈｚの標本化周波数（これでも心拍の測定のためには十分である）を用いる場合、約１００ＫＩＰＳの計算量を、この算法は必要とする。当業者には明らかな通り、この計算量は十分に小さい。５〜１０ＭＩＰＳ（百万命令毎秒）が、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のプロトコルを通信処理装置で走らせるためには必要であることと対比せよ。
【００１６】
有利には、本願発明の実施形態は更に、装置の基板で必要な面積を著しく縮小できる。この縮小の重要性を定量的に見積もるために、まず従来技術による、胸に巻くＥＣＧ測定ベルトの実装を見てみる。すると、アナログＥＣＧ増幅部、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール、及び、ＥＣＧ信号のデジタル信号処理を行うための追加の超小型制御器（例えば前述のＭＳＰ４３０）が、それぞれ、基板の面積の約１／３を占めていることがわかる。本願発明の実施形態によれば、全てのＥＣＧ信号の処理を、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールの通信処理装置で実装する。従って、この例では、約３０％の基板面積を縮小できる。前述の追加の超小型制御器を省くからである。
【００１７】
加えて、総消費電力も削減できる。追加の超小型制御器（例えばＭＳＰ４３０）の電力消費がなくなるからである。しかし、この有利な効果は、少なくとも部分的には相殺されてしまう。通信処理装置の消費電力が、僅かに上がってしまうからである。これは、心拍測定算法を通信処理装置で実装するためである。
【００１８】
より特筆すべき利点を、本願発明の実施形態を実際に作るための構成部品に関して期待できる。前述の例では、ＭＳＰ４３０超小型制御器の費用は、システム全体の費用の約１／４を占める。このシステムは、ＭＳＰ４３０超小型制御器、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール、及びアナログ増幅器を含んでいる。従って、心拍の計算だけが必要な特定の応用で、この超小型制御器を省ければ、本願発明の助けによって、著しい費用の削減を達成できる。
【００１９】
本願発明による装置の更なる実施形態では、装置は、ＥＣＧ信号を標本化するためのアナログ／デジタル変換器を更に含む。これにより、デジタル信号を、導出された信号として提供する。このようにして、デジタル信号処理技術を用いて、前述の心拍関連情報を決定できる。これにより、心拍を検出する際の信頼性を著しく向上する。
【００２０】
これに対応する、本願発明による方法の実施形態は、処理に先立ち、ＥＣＧ信号を標本化し、デジタル信号に変換することを含む。このデジタル信号は導出された信号を含む。
【００２１】
本願発明による装置の利用を促進するために、この装置の別の実施形態は、とりわけ健康管理に関連する応用であり、少なくとも１つの電極を、利用者の胸に巻く胸ベルトに統合する。
【００２２】
後続の信号処理のために信号を導出する前に、信号の品質を更に向上させるために、本願発明による装置の更に別の実施形態によれば、装置は更に、ＥＣＧ信号を増幅しフィルターする手段を含む。この手段は、電極と信号処理手段の間に配置される。
【００２３】
適切な標準化無線通信プロトコルを採用することにより、同じ標準化プロトコルを用いるいかなる種類の外部装置も、心拍関連情報を受信するために使うことができる。このような外部装置は、好適には、携帯電話、手持ち型計算機、ＰＣ等を含む。
【００２４】
本願発明による方法の更に別の実施形態は、次を含む：
ＥＣＧ信号における頂点の徴候を抽出すること；
その徴候から、後続の諸心拍の間の時間間隔を判断すること；及び
その時間間隔の逆数を計算すること。
【００２５】
このようにして、利用者の心拍を、外部装置に送信し、外部装置に表示することができる。
【００２６】
本願発明の更なる利点と特徴を、後述の好適な実施例の記載から読み取ることができる。実施例は例としてのみ与えるものである。実施例は添付の図面を参照する。前述の諸特徴及び後述の諸特徴を、個別に又は結合して、本願発明により用いることができる。記載の実施例は、本願発明の根本的な基礎概念を網羅するものではない。記載の実施例は、本願発明の根本的な基礎概念の例である。
【実施例】
【００２７】
図１は、本願発明による心拍測定装置及び心拍測定システムの概略の区画図である。本願発明による心拍測定システム１は、心拍測定装置２を含む。心拍測定装置２は、複数の電極３．１及び３．２を含む。複数の電極３．１及び３．２は、利用者５の心臓に近い皮膚４に直接接触する。心臓及びその近辺を一般的に箱６で示す。
【００２８】
図１の実施例では、電極３．１及び３．２は、胸に巻くベルト７に統合されている。これは、電極３．１及び３．２を、心臓６の近くに適切に置くためである。
【００２９】
電極３．１及び３．２は、増幅器８に繋がる。増幅器８の出力は、低域通過フィルター９に入る。低域通過フィルター９は、アナログ／デジタル変換器に更に繋がる。アナログ／デジタル変換器は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール１１に含まれる。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールの例は、本願の出願人が製造するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールＢＧＢ２０３である。
【００３０】
アナログ／デジタル変換器に加えて、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール１１は、通信処理装置１２を更に含む。通信処理装置１２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のプロトコル１３を実装する。更に、通信処理装置１２は、本願発明による信号処理手段１４を実装する。信号処理手段１４の機能は後で詳細に説明する。
【００３１】
更に、図１に示すＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール１１は、ＲＦ（無線周波数）フロントエンド１５を含む。ＲＦフロントエンド１５は外部アンテナ１６に繋がる。外部アンテナ１６は、外部装置１７へ無線信号Ｔを送信するために構成される。外部装置１７の例は、携帯電話、手持ち型計算機、ＰＣ等である。
【００３２】
図１の実施例では、８〜１６の要素も、好適には胸に巻くベルト７に統合される。これにより、本願発明による装置２を、小型で扱い易い構造にできる。
【００３３】
本願発明による前述の心拍測定システム１が動作している最中は、電極３．１及び３．２は、利用者５の心臓６のＥＣＧ信号Ｓ０を捉えている。電極３．１及び３．２は、それぞれＥＣＧ信号Ｓ１１及びＳ１２を発生する。以下、ＥＣＧ信号Ｓ１１及びＳ１２を総称して、信号Ｓ１という。信号Ｓ１は、信号Ｓ０から生成される。信号Ｓ１を、増幅器８に与える。増幅器８は、一般に微小なＥＣＧ信号を増幅する。増幅したＥＣＧ信号Ｓ１’を、次に低域通過フィルター９に与えてフィルターする。これにより信号Ｓ１’’を生成する。信号Ｓ１’’を、アナログ／デジタル変換器に入力する。アナログ／デジタル変換器は、ＥＣＧ信号からデジタル信号Ｓ２の形をとる標本化データを生成する。このデジタル信号Ｓ２を通信処理装置１２に与える。
【００３４】
通信処理装置１２は一般に、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に基づく無線通信のために使われる。前述の通り、この通信処理装置１２で、信号処理手段１４を実装する。これにより、利用者の心臓６の拍動を示すＥＣＧ信号の頂点を、標本化データから抽出する。この抽出は、通信処理装置１２に信号処理手段１４として実装した、デジタル信号処理を適用することによる。この信号処理手段１４を使うことによって、通信処理装置１２は、次の３つを行う：後続の諸心拍の間の各々の時間間隔を判断すること；適切に平均を取ったその時間間隔の逆数を計算し、心拍数を求めること；及び、対応する心拍関連情報を信号Ｓ２’の形で、ＲＦフロントエンド１５及び外部アンテナ１６を経由して、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコル１３によって送出すること。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコル１３も通信処理装置１２が実装する。
【００３５】
このように、本願発明による、心拍測定装置２及び心拍測定システム１は、それぞれ、ＥＣＧ信号（即ち、ＥＣＧ信号から導出される信号Ｓ２）を処理するための追加の超小型処理装置を必要としない。同時に、本願発明による、心拍測定装置２及び心拍測定システム１は、非標準の低周波送信手法を用いる既知の着用心拍測定器を代替する。非標準の低周波送信手法を用いる既知の着用心拍測定器は、標準的な外部装置１７のかわりに、特殊な受信装置（例えば腕時計型受信装置）を必要とする。標準的な外部装置１７は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に基づく通信ができれば、いかなる装置でもよい。
【００３６】
とりわけ、近頃のほとんどの携帯電話は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線リンクを含む。従って、本願発明により、携帯電話の利用者は、例えば、本願に記載のように胸に巻いたベルトが検出した心拍のような生体徴候を表示できる。代わりに、又は、加えて、直接の（有線による）ＰＣ（図示していない）へのインターフェースも、本願発明の文脈において可能であり、支持される。
【００３７】
このように、本願発明は、心拍の信頼できる測定を行うという問題を解決する。この際に、追加のハードウェアの出費を必要とせず、非標準の送信手法に依存しない。
【００３８】
図２は、本願発明による方法の実施例の流れ図を示す。
【００３９】
この方法は工程Ｓ１０0から始まる。次の工程Ｓ１０２では、利用者のＥＣＧ信号が、適切に配置した電極によって送られる。これは前述の通りである。次に工程Ｓ１０４では、取得した微小なＥＣＧ信号を増幅する。次に工程Ｓ１０６では、適切な低域通過フィルタリングを行う。
【００４０】
増幅されフィルターされたＥＣＧ信号を次にアナログ／デジタル変換器に入力する。これが工程Ｓ１０８である。これにより、デジタル信号の形式で標本化データを得る。
【００４１】
工程Ｓ１１０では、このデジタル信号を、デジタル信号処理手段に与える。デジタル信号処理手段は、通信処理装置に実装される。これにより、デジタル信号から、利用者の心臓の拍動を示す、元のＥＣＧ信号の頂点に対応する情報を抽出する。更に、工程Ｓ１１０では、拍動の列から、利用者の心拍数を計算する。
【００４２】
次の工程Ｓ１１２では、計算した心拍関連情報（即ち心拍数）をＲＦフロントエンドに送る。これは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコルにより心拍関連情報を送信するためである。
【００４３】
工程Ｓ１１４では心拍関連情報を送信する。次の工程Ｓ１１６では、心拍関連情報を外部装置が受信する。外部装置は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコルでデータを受信できるいかなる装置でもよい。
【００４４】
次の工程１１８では、受信したデータを外部装置に表示する。この方法は工程Ｓ１２０で終わる。
【図１】
2009543587.tif 000003
【図２】
2009543587.tif 000004
【国際調査報告】
2009543587.tif 000005
2009543587.tif 000006