(57)【要約】【課題】信頼性の高い生体情報の測定を容易に行うことのできる生体信号測定装置及び方法を提供することを課題とする。【解決手段】生体信号測定装置は、所定の充填材で充填されたボディ１と、ボディ１の最外郭に位置して被検者の皮膚に接触し、被検者の生体信号を検出する複数の電極２と、ボディ１の内部に位置して電極２と連結されて、電極２により検出された生体信号を分析して被検者の生体情報を出力する制御部３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の充填材で充填されたボディと、
前記ボディの最外郭に位置して被検者の皮膚に接触し、被検者の生体信号を検出する複数の電極と、
前記ボディの内部に位置して前記電極と連結されて、前記電極により検出された前記生体信号を分析して前記被検者の生体情報を出力する制御部と、
を備えることを特徴とする生体信号測定装置。
【請求項２】
前記ボディは、前記被検者のからだの任意の部分に付着自在に柔軟なことを特徴とする、
請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項３】
前記充填材は、液体シリコン、スポンジ及び空気のうちいずれか一つであることを特徴とする、
請求項１または２に記載の生体信号測定装置。
【請求項４】
前記電極は、柔軟な材質の導線を通じて前記制御部に連結されることを特徴とする、
請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記複数の電極により検出される前記生体信号のうち、二つの信号を選択するマルチプレクサと、
前記二つの信号を差動増幅し、差動増幅された前記二つの信号をデジタル信号に変換する信号処理部と、
前記デジタル信号から前記生体情報を生成する生体情報生成部と、
前記マルチプレクサ、前記信号処理部及び前記生体情報生成部に電源を供給する電源部と、
を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項６】
前記制御部から前記生体情報を受信して前記被検者に知らせる移動端末機をさらに備えることを特徴とする、
請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項７】
前記移動端末機は、生体信号測定要求信号を前記制御部に出力し、
前記制御部は、前記生体信号測定要求信号によって前記電極を通じて前記生体信号を測定することを特徴とする、
請求項６に記載の生体信号測定装置。
【請求項８】
複数の電極が装着され、所定の充填材で充填されたボディを被検者に付着するステップと、
前記複数の電極を利用して生体信号を検出し、前記生体信号のうち二つの生体信号を選択するステップと、
前記二つの生体信号を分析して生体情報を生成するステップと、
を含むことを特徴とする生体信号測定方法。
【請求項９】
前記充填材は、液体シリコン、スポンジ及び空気のうちいずれか一つからなることによって、前記ボディを柔軟にすることを特徴とする、
請求項８に記載の生体信号測定方法。
【請求項１０】
前記二つの生体信号は、前記複数の電極により検出された前記生体信号のうち、電位差を持つ任意の二つの生体信号であることを特徴とする、
請求項８に記載の生体信号測定方法。
【請求項１１】
生成された前記生体情報を移動端末機に出力し、前記移動端末機は、前記生体情報をディスプレイするステップをさらに含むことを特徴とする、
請求項８に記載の生体信号測定方法。
【請求項１２】
前記移動端末機は、前記生体情報が予め定めた第１範囲を外れれば、警告を出力するステップをさらに含むことを特徴とする、
請求項１１に記載の生体信号測定方法。
【請求項１３】
前記移動端末機は、前記生体情報が予め定めた第２範囲を外れれば、前記移動端末機に保存された連絡先に連絡するステップをさらに含むことを特徴とする、
請求項１２に記載の生体信号測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号測定装置及び方法、特に、生体信号検出のための複数の電極及びボディを一体型に備えた生体信号測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康への関心が高まりつつある。特に、病院のような専門機関を訪問しない在宅健康管理サービスについての必要性が高まっており、時間的空間的制約のない生体信号検出器の開発に関して多くの研究が進められている。特に、心臓疾患と関連した死亡者数の増加や、人口構造の急速な高齢化に伴い、心電図を常時モニタリングする必要性が高まりつつある。
【０００３】
これまで心電図の検出は、調整された計測環境で熟練者によりなされており、日常生活環境で非熟練者が心電図を検出する場合には、多くの雑音や激しい歪みを含む不正確な信号を得るなど、様々な困難が伴う。
前記のような諸般の必要性に応じて、近年、ユーザが日常生活を維持しつつ生体信号をモニタリングできる装置が開発されている。しかし、このような生体信号検出器は、電極と皮膚との間にゲル状の接触性電解質を注入する必要があり、ユーザに不便さ及び不快感を与えるという短所がある。また、汗などの身体の生理学的変化によってセンサーの付着力が落ちるだけでなく、電極を被測定者自身で付着する必要があるため、付着位置の不正確性により得られる生体信号の信頼度や正確度が低下するという短所がある。
【０００４】
なお、生体信号測定装置と関連した技術としては、特許文献１及び２がある。
【特許文献１】米国特許第６２８６８９９号明細書
【特許文献２】国際公開第２００２／０８９６６７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、信頼性の高い生体情報の測定を容易に行うことのできる生体信号測定装置及び方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を解決するため、第１の発明は、所定の充填材で充填されたボディと、ボディの最外郭に位置して被検者の皮膚に接触し、被検者から生体信号を測定する複数の電極と、ボディの内部に位置して電極と連結されて、電極から測定された生体信号を分析して被検者の生体情報を出力する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明では、所定の充填材で充填されたボディを備えており、ボディの最外郭には電極が配置される。このため、電極の付着位置が被験者の動きにより変更されても、いずれかの電極を被験者に対して付着させることが可能となり、信号検出不良を防止可能となる。よって、信頼性の高い生体情報の測定を容易に行うことが可能となる。
【０００７】
また、電極の付着が自然かつ容易であり、電極の付着を意識せずに日常生活を行うことが可能となる。
第２の発明では、ボディは、被検者のからだの任意の部分に付着自在に柔軟なことを特徴とする。
本発明では、電極の付着位置がユーザの動きにより変更されても、それによる信号検出不良をさらに防止可能となる。
【０００８】
第３の発明では、充填材は、液体シリコン、スポンジ及び空気のうちいずれか一つであることを特徴とする。
なお、充填材はこれに限らず、ボディに封入可能な柔軟性材質であればよい。
本発明では、柔軟性あるボディを有する生体信号測定装置を提供することが可能となり、電極の付着位置がユーザの動きにより変更されても、それによる信号検出不良をさらに防止可能となる。
【０００９】
第４の発明では、電極は、柔軟な材質の導線を通じて制御部に連結されることを特徴とする。
本発明では、電極は、制御部に対して柔軟な材質の導線で接続されるため、柔軟性ある生体信号測定装置を提供することが可能となり、電極の付着位置がユーザの動きにより変更されても、それによる信号検出不良をさらに防止可能となる。
【００１０】
第５の発明では、制御部は、マルチプレクサと、信号処理部と、生体情報生成部と、電源部とを備える。マルチプレクサは、複数の電極により検出される生体信号のうち、二つの信号を選択する。信号処理部は、二つの信号を差動増幅し、差動増幅された二つの信号をデジタル信号に変換する。生体情報生成部は、デジタル信号から生体情報を生成する。電源部は、マルチプレクサ、信号処理部及び生体情報生成部に電源を供給する。
【００１１】
第６の発明では、制御部から生体情報を受信し被検者に知らせる移動端末機をさらに備えることを特徴とする。
本発明では、移動端末機により生体情報を受信し、例えば、その移動端末機を有する被検者がその生体情報を確認することなどが可能となる。
第７の発明では、移動端末機は、生体信号測定要求信号を制御部に出力し、制御部は、生体信号測定要求信号によって電極を通じて生体信号を測定することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、移動端末機により生体信号測定要求を行い、生体信号を測定することが可能となる。
前記技術的課題を解決するため、第８の本発明は、複数の電極が装着され、所定充填材で充填されたボディを被検者に付着するステップと、複数の電極を利用して生体信号を検出し、生体信号のうち二つの生体信号を選択するステップと、二つの生体信号を分析して生体情報を生成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、所定の充填材で充填されたボディを被検者に付着し、生体信号を検出する。このため、電極の付着位置が被験者の動きにより変更されても、いずれかの電極を被験者に対して付着させることが可能となり、信号検出不良を防止可能となる。よって、信頼性の高い生体情報の測定を容易に行うことが可能となる。
また、電極の付着が自然かつ容易であり、電極の付着を意識せずに日常生活を行うことが可能となる。
【００１４】
第９の発明では、充填材は、液体シリコン、スポンジ及び空気のうちいずれか一つからなることによって、ボディを柔軟にすることを特徴とする。
なお、充填材はこれに限らず、ボディに封入可能な柔軟性材質であればよい。
本発明では、柔軟性あるボディに設けられた電極で生体信号を検出するため、電極の付着位置がユーザの動きにより変更されても、それによる信号検出不良をさらに防止可能となる。
【００１５】
第１０の発明では、二つの生体信号は、複数の電極により検出された生体信号のうち、電位差を持つ任意の二つの生体信号であることを特徴とする。
二つの生体信号とは、例えば、最も大きい２つ、または、最も大きいものと最も小さなものの２つのように選択してもよいが、二つの信号間に電位差が発生していれば、任意の二つの信号を選択してもよい。
【００１６】
第１１の発明では、生成された生体情報を移動端末機に出力し、移動端末機は、生体情報をディスプレイするステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明では、移動端末機により生体情報を受信し、例えば、その移動端末機を有する被検者その他の者がその生体情報を確認することなどが可能となる。
第１２の発明では、移動端末機は、生体情報が予め定めた第１範囲を外れれば、警告を出力するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、第１範囲とは、生体情報に応じて定められる所定の値の範囲であり、生体情報についての上限許容値および・または下限許容値などである。
本発明では、生体情報から被検者の異常を判断し、例えば、その移動端末機を有する被検者その他の者がその異常を確認することが可能となり、早期の異常の発見を行うことが可能となる。
【００１８】
第１３の発明では、移動端末機は、生体情報が予め定めた第２範囲を外れれば、移動端末機に保存された連絡先に連絡するステップをさらに含むことを特徴とする。
ここで、第２範囲とは、生体情報に応じて定められる所定の値の範囲であり、例えば、第１範囲を含む最大許容範囲、より詳しくは、最大上限許容値および・または最小下限許容値などである。また、連絡先への連絡は、例えば、移動端末機が保存する電話番号などの番号やメールアドレスなどのアドレスに対する連絡であり、さらに具体的には、保存されたアドレスに対して、応急処置を求める信号を伝送することなどを含む。
【００１９】
本発明では、生体情報（例えば、心臓信号）から被検者の異常、特に緊急に対応を要する異常などを判断し、救急連絡を行うことなどが可能となり、早期の異常の発見を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、信頼性の高い生体情報の測定を容易に行うことのできる生体信号測定装置及び方法を提供することが可能となる。
例えば本発明によれば、電極の付着位置がユーザの動きにより変更されても、それによる信号検出不良を防止可能となる。また、電極の付着が自然かつ便利であり、電極の付着を意識せずに日常生活を行うことが可能となる。充填材で充填されたボディの最外郭に電極を配置しており、電極を電解質なしに皮膚に接触させることが可能となる。心臓信号を分析して危急時に応急センターに連絡することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明による生体測定装置の構造を示したものである。図示されたように、生体測定装置は、ボディ１、複数の電極２及び制御部３を備える。参照番号４は、制御部３が検出し伝送する生体情報を受信して、ユーザに対して画面表示により知らせるか、または音声により知らせる移動端末機である。ここで、移動端末機４は、ユーザが携帯できて制御部３と通信できる端末機であることが望ましい。例えば、制御部３から出力される生体情報を受信してディスプレイする、有線または無線で接続された別途の装置であってもよく、ＰＤＡや携帯電話のような既存の通信端末機であってもよい。
【００２２】
参照番号５は、選択的に備えられる生体信号測定を要求する入力装置である。この入力装置は、制御部３に連結されており、例えば、ボタンなどにより構成される入力部を備える。
ボディ１は、袋状または塊状に柔軟に形成されており、内部には制御部３を備えるとともに、最外郭には複数の電極２を備える。さらに、ボディ１の内部は、液体シリコン、空気またはスポンジのような弾性のある材質で充填され、被検者のからだのどこにも付着できるように柔軟に構成されている。
【００２３】
電極２は、柔軟な材質の導線を通じて制御部３に連結されることによって、皮膚に適切に接触されることが望ましい。電極２は、金属または導電性のあるプラスチックなどのような材質で形成されることが望ましく、皮膚との接触時に発生する生体信号を電気的に検出して伝送できるように、被検者の皮膚と電気的に連結されるように接触される。ここで、各電極は、望ましくは、伝導性高分子粘着剤であるハイドロゲル粘着剤が電極素子と電気的に連結されたものであるが、それに限定されず、同様の機能を奏するものであれば公知の多様な材料及び構造を採用することが可能である。このように、伝導性高分子粘着剤が電極に設けられている場合には、電極を電解質なしに皮膚に接触させることが可能となり、非熟練者が容易に電極を皮膚に接触させることが可能となる。理想的に、あらゆる電極２で生体信号が検出されることが望ましいが、ボディ１の３次元構造のため、あるいは被検者のからだで検出しようとする部位によっては、一部の電極では生体信号が検出されないこともある。なお、電極２は、少なくとも２以上設けられており、より確実に被検者の皮膚と接触するためには、信号処理を煩雑にしない範囲で、できるだけ多く設けられていてもよい（例えば、３，４，・・・，１０，・・・など）。
【００２４】
制御部３は、移動端末機４から受信するか、入力装置５を通じて入力される生体信号測定要求に応じて、電極２で検出された生体信号を分析して生体情報を生成し、生成された生体情報を無線信号で移動端末機４に伝送する。
図２は、図１の制御部についての詳細ブロック図である。図２によれば、制御部３は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２１、信号処理部２２、生体情報生成部２３、通信部２４及び電源部２５を備える。
【００２５】
ＭＵＸ２１は、複数の電極２から入力される生体信号のうち２個の信号を抽出する。この時、抽出された信号は、複数の電極２から発生した信号のうち任意の２つのみ選択される。例えば、発生した信号の大きさを比較して、最も大きい２つまたは、最も大きいものと最も小さなものの２つのように選択されるが、二つの信号間に電位差が発生していれば、任意の信号を選択してもよい。
【００２６】
信号処理部２２は、ＭＵＸ２１で選択された二つの信号を差動増幅し、差動増幅された信号をデジタル信号に変換する。
生体情報生成部２３は、信号処理部２２で出力される生体信号を分析して生体情報を出力する。生体情報は、ボディ１が付着された身体部位に該当する生体情報であり、例えば、ボディ１が心臓付近に付着される場合、心拍数や心電図が該当し、ボディ１が腕に付着されるならば筋電図が該当する。
【００２７】
通信部２４は、生体情報を移動端末機４に出力する。電源部２５は、各構成要素２１、２２、２３、２４に必要な電源を供給するためのものであり、例えば、充電可能な２次電池や交替可能なバッテリーを備える。電源部２５は、入力装置５を通じてターンオン／ターンオフされるか、または移動端末機４の操作によりターンオン／ターンオフされる。
図３は、図１に示した電極２から検出された生体信号のうち選択された二つの信号の一例を示すものである。示した波形は、ボディ１が心臓付近に付着された時に測定できる心電図信号についてのものである。正常な心電図信号の主要区間は、Ｒ−Ｒ時区間３０、Ｐ−Ｒ時区間３１、Ｑ−Ｔ時区間３２、ＱＲＳ時区間３３などである。
【００２８】
Ｒ−Ｒ時区間３０は、心拍数を測定できる時区間であり、一定時間Ｒピークをカウントすることで心拍数の測定が可能である。Ｐ−Ｒ時区間３１は、心房の脱分極の開始から心室の脱分極の開始までの距離、すなわち、Ｐ波からＱＲＳコンプレックスの開始までの時間であり、正常範囲は１２０ないし２００ｍｓである。Ｑ−Ｔ時区間３２は、ＱＲＳコンプレックスの開始からＴ波の終端までの時間であり、心室の脱分極と再分極とを合せた時間であり、正常範囲は４４０ｍｓ以下である。ＱＲＳ時区間３３は、心室の脱分極が持続される時間であり、正常範囲は１２０ｍｓ以下である。
【００２９】
生体情報生成部２３は、図３に示した心臓関連疾患の重要な指標になる各時区間を測定して、被検者の心電図データを生成する。各時区間の決定は、信号処理部２２から出力される電位差信号に対して、ガウス求積法などを通じて各時区間を表現し、それにより表現された波形の形態が１次増加型、１次減少型、２次増加型、２次減少型及び勾配が０であるかどうかを判断して時区間を決定する。このような方法は、心電図波形以外の筋電図波形にも同一に適用できる。
【００３０】
図４は、図１に示した移動端末機４の内部ブロック図を示すものである。図示された移動端末機４は、制御部４０、保存部４１、第１通信部４２及びディスプレイ部４３を備える。移動端末機４は、また、第２通信部４４を選択的に具備できる。
第１通信部４２は、図１の生体測定装置と通信して、制御部４０を通じて伝えられた被検者による測定要求信号を生体測定装置に伝送する。生体測定装置からは生体情報を受信する。制御部４０は、生体情報を保存部４１に保存し、ディスプレイ部４３にディスプレイする。保存部４１に保存された生体情報は、後で被検者により検索されることもある。保存部４１はまた、生体情報についての上下限許容値及び／または最大上限許容値及び最小下限許容値を保存することもできる。この場合、制御部４０は、第１通信部４２を通じて伝えられた生体情報が上下限許容値を外れた場合、ディスプレイ部４０を通じて被検者に警報を知らせることもできる。もし、最大上限許容値及び最小下限許容値を外れた場合、制御部４０は、第２通信部４４を通じて保存部４１に保存されている応急センターあるいはコールセンターに連結して応急信号を伝送することによって、被検者が危急状態にあることを知らせることができる。必要な場合、被検者の現在の生体情報と、保存部４１に既存に保存されている生体情報とを共に伝送して、医者が被検者の状態を把握可能にすることもできる。
【００３１】
移動端末機４に、図４に示すような装置及びそれによる動作のためのプログラミング環境（ＰＤＡの場合にＰＣと類似した環境、携帯電話の場合にＧＶＭ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｍａｃｈｉｎｅ）のような仮想マシン基盤の環境）が提供されているので、制御部４０の機能は、このようなプログラミング環境を利用して容易に具現できる。すなわち、心電図測定や心拍数測定を、移動端末機４における付加的な機能として含めることができる。
【００３２】
本発明について前記実施形態を参考して説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、信頼性の高い生体情報の測定を容易に行うことのできる生体信号測定装置及び方法の提供が求められる分野において有用である。例えば、本発明は、移動中にも生体信号を測定できる携帯用生体信号測定装置の関連技術分野に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による生体測定装置の構造を示す図面である。
【図２】図１の制御部についての詳細ブロック図である。
【図３】図１に示した電極から検出された生体信号のうち、選択された二つの信号の一例を示す図面である。
【図４】図１に示した移動端末機の内部ブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ボディ
２  電極
３  制御部
４  移動端末機
５  入力装置
【図１】
2006130310.tif 000003
【図２】
2006130310.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006130310.tif 000006