(57)【要約】【課題】生体信号の測定時における生体の動きに起因するノイズを低減する。【解決手段】ウェアラブルデバイス１０１は、使用者が身に付ける基材となる衣類１０に、使用者の皮膚と接触するように設けられた電極１−１，１−２と、電極１−１，１−２を介して使用者の生体信号を取得する生体信号取得装置２０と、電極１−１，１−２と生体信号取得装置２０とを電気的に接続する配線２−１，２−２と、生体信号取得装置２０の動きを抑える固定補助機構とを備える。固定補助機構は、使用者の皮膚と接触する面と反対側の衣類１０の面に配置される生体信号取得装置２０の一部を把持する固定バンド４−１，４−２である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が身に付ける基材に、使用者の皮膚と接触するように設けられた電極と、
前記基材に装着され、前記電極を介して前記使用者の生体信号を取得する生体信号取得装置と、
前記基材に設けられ、前記電極と前記生体信号取得装置とを電気的に接続する配線と、
前記生体信号取得装置の動きを抑える固定補助機構とを備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のウェアラブルデバイスにおいて、
前記固定補助機構は、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面に配置される前記生体信号取得装置の一部を把持する部材であることを特徴とするウェアラブルデバイス。
【請求項３】
請求項１記載のウェアラブルデバイスにおいて、
前記固定補助機構は、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面に配置される前記生体信号取得装置の全体を覆うように設けられ、前記生体信号取得装置を前記使用者の皮膚の方向に押す押圧力を加えるシート状部材であることを特徴とするウェアラブルデバイス。
【請求項４】
請求項３記載のウェアラブルデバイスにおいて、
前記シート状部材は、前記生体信号取得装置を覆うと共に、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面の上方から前記電極が設けられた箇所を覆うように設けられ、
前記生体信号取得装置は、前記電極を前記使用者の皮膚に押し付ける押圧力が前記シート状部材から前記電極に加わるように、前記電極と離間して配置されることを特徴とするウェアラブルデバイス。
【請求項５】
使用者が身に付ける基材に、使用者の皮膚と接触するように設けられた電極と、
前記基材に装着され、前記電極を介して前記使用者の生体信号を取得する生体信号取得装置と、
前記基材に設けられ、前記電極と前記生体信号取得装置とを電気的に接続する配線と、
前記電極の動きを抑える固定補助機構とを備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。
【請求項６】
請求項５記載のウェアラブルデバイスにおいて、
前記固定補助機構は、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面の上方から前記電極が設けられた箇所を覆うように設けられ、前記電極を前記使用者の皮膚に押し付ける押圧力を加えるシート状部材であることを特徴とするウェアラブルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋電信号や心電信号などの生体信号を測定するウェアラブルデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脳波、筋電図、診断図等の生体信号の測定・記録、及び生体に対する電気刺激のために、体表面に装着する生体電極が広く使われている、近年、スポーツにおける体の使い方やリハビリにおける四肢の筋肉の動かし方を、取得した筋電波形によって可視化する要望が高まっている。長期間にわたって安定した筋電波形を取得するために、生体電極の取り付けられたサポーター（ウェアラブルデバイス）が注目されている。
【０００３】
一般に、ウェアラブルデバイスは、生体に接触する電極部と、生体信号を取得する生体信号取得装置を装着するためのコネクタと、電極部とコネクタとを接続する配線と、これらの要素が取り付けられるサポーターなどの布地とから構成される。電極部とコネクタと配線のみに導電性が付与され、布地は電気絶縁体で形成される。このような構成にすることで、電極部のみから所望の生体信号を取得することができる（非特許文献１参照）。
【０００４】
従来のウェアラブルデバイスでは、コネクタのみで生体信号取得装置の機械的な固定と電気的な接続を実現しているため、生体信号取得装置の動きの自由度が高く、ウェアラブルデバイスを装着している生体（人体）の動きに応じて生体信号取得装置が振動することがある。非特許文献１に開示されたリストバンド型のウェアラブルデバイスでは、生体信号取得装置で微弱な生体信号を取得する場合に、生体信号取得装置が電極の上にあるため、生体信号取得装置の動き（振動）が電極部に伝わることにより発生するノイズによって、明瞭な生体信号を取得できないという問題点があった。
【０００５】
また、生体信号取得装置が振動してない状態でも、生体の動きによって生体と電極との接触状態が変化すると、ノイズが発生するという問題点があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】牧野泰才，篠田裕之，“二次元筋電分布を計測するリストバンド型マン・マシンインターフェース”，第２３回センシングフォーラム  講演論文集，ｐｐ．２９３−２９８，Ｏｃｔ，２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、生体信号の測定時における生体の動きに起因するノイズを低減することができるウェアラブルデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のウェアラブルデバイスは、使用者が身に付ける基材に、使用者の皮膚と接触するように設けられた電極と、前記基材に装着され、前記電極を介して前記使用者の生体信号を取得する生体信号取得装置と、前記基材に設けられ、前記電極と前記生体信号取得装置とを電気的に接続する配線と、前記生体信号取得装置の動きを抑える固定補助機構とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記固定補助機構は、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面に配置される前記生体信号取得装置の一部を把持する部材である。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記固定補助機構は、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面に配置される前記生体信号取得装置の全体を覆うように設けられ、前記生体信号取得装置を前記使用者の皮膚の方向に押す押圧力を加えるシート状部材である。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記シート状部材は、前記生体信号取得装置を覆うと共に、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面の上方から前記電極が設けられた箇所を覆うように設けられ、前記生体信号取得装置は、前記電極を前記使用者の皮膚に押し付ける押圧力が前記シート状部材から前記電極に加わるように、前記電極と離間して配置されることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のウェアラブルデバイスは、使用者が身に付ける基材に、使用者の皮膚と接触するように設けられた電極と、前記基材に装着され、前記電極を介して前記使用者の生体信号を取得する生体信号取得装置と、前記基材に設けられ、前記電極と前記生体信号取得装置とを電気的に接続する配線と、前記電極の動きを抑える固定補助機構とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記固定補助機構は、前記使用者の皮膚と接触する面と反対側の前記基材の面の上方から前記電極が設けられた箇所を覆うように設けられ、前記電極を前記使用者の皮膚に押し付ける押圧力を加えるシート状部材である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、生体信号取得装置の動きを抑える固定補助機構を設けることにより、使用者の体動による生体信号取得装置の振動を抑えることができ、生体信号取得装置の振動が電極に伝わることにより発生するノイズを抑えることができる。その結果、本発明では、使用者に動きがあっても、所望の生体信号を取得することが可能となる。
【００１１】
また、本発明では、固定補助機構として、使用者の皮膚と接触する面と反対側の基材の面に配置される生体信号取得装置の全体を覆うように設けられ、生体信号取得装置を使用者の皮膚の方向に押す押圧力を加えるシート状部材を用いることにより、生体信号取得装置の振動を抑える効果を高めることができ、生体信号取得装置の振動が電極に伝わることにより発生するノイズを抑えることができる。
【００１２】
また、本発明では、電極を使用者の皮膚に押し付ける押圧力がシート状部材から電極に加わるように、電極と生体信号取得装置とを離間して配置することにより、電極の動きを抑えることが可能となり、使用者に動きがあっても、所望の生体信号を取得することが可能となる。
【００１３】
また、本発明では、電極の動きを抑える固定補助機構を設けることにより、使用者に動きがあっても、所望の生体信号を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図である。
【図２】従来のウェアラブルデバイスの生体との接触面を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るウェアラブルデバイスの生体との接触面を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るウェアラブルデバイスの生体との接触面を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係るウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係るウェアラブルデバイスの生体との接触面を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、本発明の基礎となる従来のウェアラブルデバイスについて説明する。図１は従来のウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図、図２は図１のウェアラブルデバイスの生体との接触面を図１のＹ側から見た断面図である。図１に示すウェアラブルデバイス１００は、基材となる衣類１０と、衣類１０に着脱自在に取り付けられる生体信号取得装置２０と、生体と接触する衣類１０の面に固定された２つ以上の電極１−１，１−２と、衣類１０に取り付けられ、生体信号取得装置２０を機械的に固定すると共に、電極１−１，１−２と生体信号取得装置２０とを電気的に接続するためのコネクタ３−１，３−２と、電極１−１，１−２とコネクタ３−１，３−２とを電気的に接続する配線２−１，２−２とから構成される。
【００１６】
図１に示すように、衣類１０の領域３０には、電極１−１，１−２と配線２−１，２−２とコネクタ３−１，３−２とが配置されている。電極１−１，１−２と配線２−１，２−２とコネクタ３−１，３−２とは、縫製や接着材等によって衣類１０に固定されている。
【００１７】
電極１−１，１−２は、生体と接触する衣類１０の面に固定されている。上記生体はたとえば人体である。ウェアラブルデバイス１００の使用者が衣類１０を着用すると、図２に示すように衣類１０に固定された電極１−１，１−２と生体（人体）５０とが接触し、電極１−１，１−２は、筋電信号、心電信号、皮膚電位等の生体信号を検知する。なお、図１、図２においては、衣類１０がリストバンド型のサポーターである場合を例として説明する。
【００１８】
配線２−１，２−１は、電極１−１，１−２とこれに対応するコネクタ３−１，３−２とを電気的に接続する信号線である。配線２−１，２−１は、生体５０と接触する衣類１０の面または衣類１０の内部を通るように実装されており、配線２−１，２−１が生体５０と接触するのを防ぐ、例えばシームテープ等の絶縁部材（不図示）によって覆われている。
【００１９】
コネクタ３−１，３−２は、衣類１０と生体信号取得装置２０とを接続するための機能部である。コネクタ３−１，３−２は、生体信号取得装置２０と接続する部分が、生体５０と接触する面と反対側の面に露出するように衣類１０に実装されている。
生体信号取得装置２０の筐体表面には、コネクタ３−１，３−２と嵌合するように配置されたコネクタ（不図示）が設けられている。衣類１０におけるコネクタ３−１，３−２の露出部分と生体信号受信装置２０に設けられたコネクタとを嵌合させることにより、生体信号取得装置２０が衣類１０に機械的に固定される同時に、電極１−１，１−２と生体信号取得装置２０とが電気的に接続される。
【００２０】
生体信号取得装置２０は、２つ以上の電極１−１，１−２を介して取得した生体信号をデジタルデータに変換し、必要に応じて各種の信号処理を行う。このとき、生体信号のデータから生体特徴量を抽出してもよい。例えば、心電信号から心拍、呼吸波等の生体特徴量を抽出してもよい。そして、生体信号取得装置２０は、デジタルデータに変換した生体信号データおよび生体信号データから抽出した生体特徴量データのうち少なくとも一方を外部機器へ無線送信する。生体信号取得装置２０の内部回路は、例えばＡ／Ｄ（Analog-to-digital）変換回路と、信号処理回路と、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のプログラム処理装置と、ＲＦ（Radio Frequency）回路等を含んで構成される。なお、生体信号を無線送信する例について説明しているが、有線送信も考えられることは言うまでもない。
【００２１】
以上のように、ウェアラブルデバイス１００によれば、２つ以上の電極１−１，１−２と配線２−１，２−１とコネクタ３−１，３−２と生体信号取得装置２０とを備えることにより、皮膚を介して生体５０の同一の表層筋に接するように配される電極１−１，１−２によって生体信号を取得することができる。
【００２２】
［第１の実施例］
次に、本発明の特徴的な構成について説明する。図３は本発明の第１の実施例に係るウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図、図４は図３のウェアラブルデバイスの生体との接触面を図３のＹ側から見た断面図であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例のウェアラブルデバイス１０１は、衣類１１と、生体信号取得装置２０と、電極１−１，１−２と、配線２−１，２−２と、コネクタ３−１，３−２と、固定バンド４−１，４−２とから構成される。
【００２３】
リストバンド型のサポーターである衣類１１には、図１、図２に示したものと同様の電極１−１，１−２と配線２−１，２−２とコネクタ３−１，３−２とが設けられている。衣類１１には、更に、ノイズの原因になる生体信号取得装置２０の動きを抑える固定補助機構となる固定バンド４−１，４−２が設けられている。
【００２４】
固定バンド４−１，４−２の形態としては、例えば縫製や接着材等によって一部が衣類１１に固定され、衣類１１上の生体信号取得装置２０を把持するようにして動きを抑えるクランプ状の部材がある（図３、図４）。あるいは、固定バンド４−１，４−２は、両端が衣類１１に固定され、生体信号取得装置２０の上に架け渡すように配置されて、生体信号取得装置２０の一部を覆うようにして動きを抑える帯状の部材であってもよい。固定バンド４−１，４−２の材料としては、プラスチック、布、ゴム等がある。図３の例では、固定バンド４−１，４−２の個数を２個としているが、３個以上であってもよい。その他の構成は図１、図２で説明したとおりである。
【００２５】
生体信号取得装置２０が振動すると、その振動が電極１−１，１−２に伝わり、電極１−１，１−２と生体５０の皮膚表面との接触インピーダンスが変化することにより、ノイズが発生する。本実施例では、固定バンド４−１，４−２を設けることにより、生体の体動による生体信号取得装置２０の振動を抑えることができ、生体信号取得装置２０の振動が電極１−１，１−２に伝わることにより発生するノイズを抑えることができる。その結果、本実施例では、生体に動きがあっても、所望の生体信号を取得することが可能となる。
【００２６】
なお、本実施例では、固定バンド４−１，４−２が生体信号取得装置２０の一部を抑える形態なので、衣類１１や固定バンド４−１，４−２を変形させて、生体信号取得装置２０を衣類１１から取り外したり、反対に生体信号取得装置２０を衣類１１に装着したりすることが可能である。
【００２７】
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は本発明の第２の実施例に係るウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図、図６は図５のウェアラブルデバイスの生体との接触面を図５のＸ側から見た断面図であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例のウェアラブルデバイス１０２は、衣類１２と、生体信号取得装置２０と、電極１−１，１−２と、配線２−１，２−２と、コネクタ３−１，３−２と、固定ベルト４０とから構成される。
【００２８】
リストバンド型のサポーターである衣類１２には、図１、図２に示したものと同様の電極１−１，１−２と配線２−１，２−２とコネクタ３−１，３−２とが設けられている。衣類１２には、更に、ノイズの原因になる生体信号取得装置２０の動きを抑える固定補助機構となる固定ベルト４０が設けられている。
【００２９】
固定ベルト４０は、生体信号取得装置２０全体を覆うようにして生体信号取得装置２０の動きを抑えるシート状部材である。固定ベルト４０の材料としては、布、ゴム等がある。固定ユニット４１−１，４１−２は、固定ベルト４０の少なくとも２箇所を衣類１２に固定する係止部材である。
【００３０】
本実施例では、生体信号取得装置２０全体を覆う固定ベルト４０を設けることにより、第１の実施例と比較して、生体信号取得装置２０の振動を抑える効果を高めることができ、生体信号取得装置２０の振動が電極１−１，１−２に伝わることにより発生するノイズを抑えることができる。このような効果を高めるため、伸縮性の布帛やゴムからなる固定ベルト４０を伸張させた状態で生体信号取得装置２０を覆うようにし、生体信号取得装置２０に上から押圧力が掛かるような状態で、固定ベルト４０を固定ユニット４１−１，４１−２で衣類１２に固定することが好ましい。
【００３１】
固定ユニット４１−１，４１−２は、固定ベルト４０を衣類１２に半永久的に固定するものであってもよいし、固定ベルト４０を衣類１２から取り外し可能な機構としてもよい。固定ベルト４０を衣類１２から取り外し可能な機構を採用すれば、生体信号取得装置２０を衣類１２から取り外したり、生体信号取得装置２０を衣類１２に装着したりすることが容易になる。このような固定ユニット４１−１，４１−２の例としては、例えば固定ベルト４０側に取り付けられた面ファスナ部材と、衣類１２側に取り付けられた面ファスナ部材とからなるものがある。
【００３２】
固定ベルト４０側の面ファスナ部材と衣類１２側の面ファスナ部材のうち、一方の面ファスナ部材にはループ状の係合素子が多数配置され、他方の面ファスナ部材にはフック状の係合素子が多数配置されている。固定ベルト４０側の面ファスナ部材と衣類１２側の面ファスナ部材とを向かい合わせて、固定ベルト４０を衣類１２に押し付けることにより、固定ベルト４０側の面ファスナ部材の係合素子と衣類１２側の面ファスナ部材の係合素子とが係合して、固定ベルト４０が衣類１２に固定される。図５、図６の例では、固定ユニット４１−１，４１−２の個数を２個としているが、３個以上であってもよい。その他の構成は図１、図２で説明したとおりである。
【００３３】
［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図７は本発明の第３の実施例に係るウェアラブルデバイスの構成を模式的に示す平面図、図８は図７のウェアラブルデバイスの生体との接触面を図７のＸ側から見た断面図であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例のウェアラブルデバイス１０３は、衣類１３と、生体信号取得装置２０と、電極１−１，１−２と、配線２−１，２−２と、コネクタ３−１，３−２と、固定ベルト４２とから構成される。
【００３４】
リストバンド型のサポーターである衣類１３には、図１、図２に示したものと同様の電極１−１，１−２と配線２−１，２−２とコネクタ３−１，３−２とが設けられている。衣類１３には、更に、ノイズの原因になる生体信号取得装置２０の動きと電極１−１，１−２の動きとを抑える固定補助機構となる固定ベルト４２が設けられている。固定ベルト４２は、生体信号取得装置２０全体と電極１−１，１−２全体を覆うようにして生体信号取得装置２０と電極１−１，１−２の動きを抑えるシート状部材である。固定ベルト４２の材料としては、布、ゴム等がある。固定ユニット４３−１，４３−２は、固定ベルト４２の少なくとも２箇所を衣類１３に固定する係止部材である。
【００３５】
第１の実施例では、固定バンド４−１，４−２によって生体信号取得装置２０の動きを抑えることはできるが、電極１−１，１−２の動きを抑えることはできない。また、第２の実施例では、生体信号取得装置２０のみならず、電極１−１，１−２の上も覆うように固定ベルト４０が設けられているが、生体信号取得装置２０と電極１−１，１−２とが近接配置されているために、衣類１２上に突出するように配置される生体信号取得装置２０の方に、固定ベルト４０による押圧力がより強く掛かり、電極１−１，１−２の動きを十分に抑えることはできない。
【００３６】
第１の実施例で説明したとおり、電極１−１，１−２が動くと、電極１−１，１−２と生体５０の皮膚表面との接触インピーダンスが変化することにより、ノイズが発生する。
そこで、本実施例では、図７、図８に示すように、生体信号取得装置２０およびコネクタ３−１，３−２と電極１−１，１−２とを離間して配置する。このように、本実施例では、生体信号取得装置２０およびコネクタ３−１，３−２と電極１−１，１−２とを離間して配置し、生体信号取得装置２０と電極１−１，１−２とを覆う固定ベルト４２を設けることにより、第２の実施例のように生体信号取得装置２０の動きを抑えるだけでなく、電極１−１，１−２の動きを抑えることが可能となる。その結果、本実施例では、生体に動きがあっても、所望の生体信号を取得することが可能となる。
【００３７】
このような効果を高めるため、伸縮性の布帛やゴムからなる固定ベルト４２を伸張させた状態で生体信号取得装置２０と電極１−１，１−２とを覆うようにし、生体信号取得装置２０と電極１−１，１−２のそれぞれに上から押圧力が掛かるような状態で、固定ベルト４２を固定ユニット４３−１，４３−２で衣類１３に固定することが好ましい。
【００３８】
第２の実施例と同様に、固定ユニット４３−１，４３−２は、固定ベルト４２を衣類１３に半永久的に固定するものであってもよいし、固定ベルト４２を衣類１３から取り外し可能な機構としてもよい。図７、図８の例では、固定ユニット４３−１，４３−２の個数を２個としているが、３個以上であってもよい。その他の構成は図１、図２で説明したとおりである。
なお、本実施例において、生体信号取得装置２０を固定ベルト４２で覆うことは必須の構成要件ではない。電極１−１，１−２のみを固定ベルト４２で覆うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、生体信号をモニタリングするシステムに適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１−１，１−２…電極、２−１，２−２…配線、３−１，３−２…コネクタ、４−１，４−２…固定バンド、１０，１１…衣類、２０…生体信号取得装置、４０，４２…固定ベルト、４１−１，４１−２，４３−１，４３−２…固定ユニット、１０１，１０２，１０３…ウェアラブルデバイス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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