(57)【要約】【課題】爪に取り付けて生体情報である脈波を測定することができるウェアラブル脈波センサを提供することを目的とする。【解決手段】爪Ｎの表面に取り付けられる取付部１０と、取付部１０を爪Ｎに取り付けた状態で光放出面が爪Ｎと対向するように取付部１０に設けられた光照射部１１と、取付部１０を爪に取り付けた状態で受光面が爪と対向するように取付部１０に設けられた、受光面が受光した光量に対応する電気信号を出力する受光部１２と、受光部１２および光照射部１１と電気的に連結され、両者の作動を制御する制御部１３と、を備えたセンサ本体２を有しており、制御部１３が、オフセットを除去した電気信号を増幅する機能を有しており、受光部１２が出力した電気信号に基づいてオフセットを算出することを特徴とする。【選択図】図１
2018121704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
爪の表面に取り付けられる取付部と、
該取付部を爪に取り付けた状態で光放出面が爪と対向するように該取付部に設けられた光照射部と、
前記取付部を爪に取り付けた状態で受光面が爪と対向するように該取付部に設けられた、前記受光面が受光した光量に対応する電気信号を出力する受光部と、
該受光部および前記光照射部と電気的に連結され、両者の作動を制御する制御部と、を備えたセンサ本体を有しており、
該制御部が、
前記受光部が出力した電気信号に基づいてオフセットを算出し、オフセットを除去した電気信号を増幅する機能を有している
ことを特徴とするウェアラブル脈波センサ。
【請求項２】
複数の前記センサ本体と、
該複数のセンサ本体の制御部から信号が送信される解析部と、を備えており、
該解析部は、
前記複数のセンサ本体の制御部から送信される信号を比較して脈波を抽出する
ことを特徴とする請求項１記載のウェアラブル脈波センサ。
【請求項３】
前記制御部が前記取付部に設けられており、
該制御部が算出した信号を外部機器に無線送信する無線部を備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載のウェアラブル脈波センサ。
【請求項４】
前記光照射部、前記受光部、前記制御部および前記無線部に対して電力を供給する電源を備えており、
前記取付部が回路基板であり、
該回路基板に、前記光照射部、前記受光部、前記制御部、前記無線部および前記電源が取り付けられている
ことを特徴とする請求項３記載のウェアラブル脈波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェアラブル脈波センサに関する。さらに詳しくは、人の爪に取り付けて脈波を測定できるウェアラブル脈波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、人の体に装着して、人の運動状態や脈拍などを測定するセンサが多数開発されている。例えば、人の腕に装着して、腕の動きや人の体全体の動きを測定するものや、脈拍などを測定するものなどが開発されている。
【０００３】
このようなウェアラブルセンサを使用すれば、大掛かりな装置を使用せずに人の動きをモニタリングできるし、静止した状態でしか測定できなかった脈波や体温等の人の状態を運動中でも測定できる。また、高齢者に装着してもらえば、高齢者の方の安否確認や見守りにも活用できるという利点が得られる。
【０００４】
一方、ウェアラブルセンサは近年小型軽量になっており、装着による違和感も少なくなってきているが、それでも特別な機器を装着しているという感覚を払しょくするまでには至っていない。その理由として、ウェアラブルセンサは体表面に取り付ける形態を有するものが多いことが挙げられる。体表面には汗腺や感覚神経が多数存在しているため、小型のセンサであっても異物が体表面に接触しているという感覚を完全に取り除くことが難しい。
【０００５】
一方、爪には汗腺や感覚神経が無いので、爪にセンサを取り付ければ装着による違和感が無い状態とすることができる可能性がある。爪にセンサを取り付けた例としては、特許文献１、２等がある。これらの技術は、爪に歪ゲージを取り付けて指が物体に触ったときにおける爪の歪を測定して、その歪に基づいて触覚情報を得ることを目的とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１０８４８５号公報
【特許文献２】特開２００１−２６５５２２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】石井等、“付け爪型脈波計のための反射型光電脈波回路の開発”、第５５回日本生体医工学会、２０１６.４．２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１、２の技術は、あくまでも爪の歪を測定するものに過ぎず、生体情報を測定するセンサを爪に取り付ける技術ではない。
【０００９】
現在、爪に取り付けて生体情報である脈波を測定するウェアラブルセンサの開発が試みられており脈波の測定が可能であることは示されている（非特許文献１等）。しかし、人が日常の活動を行った場合に、得られた情報から生体情報を正確に把握することまでは実現されていない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み、爪に取り付けて生体情報である脈波を測定することができるウェアラブル脈波センサ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】
【００１１】
第１発明のウェアラブル脈波センサは、爪の表面に取り付けられる取付部と、該取付部を爪に取り付けた状態で光放出面が爪と対向するように該取付部に設けられた光照射部と、前記取付部を爪に取り付けた状態で受光面が爪と対向するように該取付部に設けられた、前記受光面が受光した光量に対応する電気信号を出力する受光部と、該受光部および前記光照射部と電気的に連結され、両者の作動を制御する制御部と、を備えたセンサ本体を有しており、該制御部が、前記受光部が出力した電気信号に基づいてオフセットを算出し、オフセットを除去した電気信号を増幅する機能を有していることを特徴とする。
第２発明のウェアラブル脈波センサは、第１発明において、複数の前記センサ本体と、該複数のセンサ本体の制御部から信号が送信される解析部と、を備えており、該解析部は、前記複数のセンサ本体の制御部から送信される信号を比較して脈波を測定することを特徴とする。
第３発明のウェアラブル脈波センサは、第２発明において、前記制御部が前記取付部に設けられており、該制御部が算出した信号を外部機器に無線送信する無線部を備えていることを特徴とする。
第４発明のウェアラブル脈波センサは、第１、第２または第３発明において、前記光照射部、前記受光部、前記制御部および前記無線部に対して電力を供給する電源を備えており、前記取付部が回路基板であり、該回路基板に、前記光照射部、前記受光部、前記制御部、前記無線部および前記電源が取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明によれば、光照射部から爪に向かって光を照射すれば、指先の血管で反射した光を受光部が受光するので、受光する光の量の変動に基づいて脈波を取得することができる。しかも、受光部が出力した電気信号に基づいてオフセットを算出するので、光照射部から照射される光量や指の血行動態が変化しても、その光量の変化に対応したオフセットを電気信号から除去できる。したがって、脈波を測定する精度を高くすることができる。
第２発明によれば、外部から力が加わるなどして一部の爪や一部の指で正確な測定ができない状態となっても、他の爪に設けられたセンサ本体で測定を継続できるので、脈波を安定して測定することができる。
第３発明によれば、制御部を爪以外の個所に設ける場合に比べて使用性を向上させることができる。
第４発明によれば、全ての構成が同一基板に設けられているので、取り扱い性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のウェアラブル脈波センサ１の概略説明図であって、（Ａ）はセンサ本体２を爪Ｎに取り付けた状態の説明図であり、（Ｂ）はウェアラブル脈波センサ１のブロック図である。
【図２】制御部１３による送信信号形成処理を説明した図である。
【図３】反射光による脈波測定の原理を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態のウェアラブル脈波センサ１は、人の脈波を検出する装置であって、爪に取り付けて脈波を検出するようにしたことに特徴を有している。
以下、図面に基づいて、本実施形態のウェアラブル脈波センサ１を説明する。
【００１５】
（センサ本体２）
図１において、符号２が本実施形態のウェアラブル脈波センサ１のセンサ本体２を示している。このセンサ本体２は、人の爪Ｎの表面に取り付けられるものである。このセンサ本体２には、光照射部１１、受光部１２、制御部１３、無線部１４、および電源部１５が取り付けられた取付部１０が設けられている。
【００１６】
（解析部２０）
図１に示すように、本実施形態のウェアラブル脈波センサ１は、センサ本体２と別体で設けられた解析部２０を備えている。この解析部２０は、検出した脈波に関する情報を含む信号（後述する送信信号）がセンサ本体２から送信されるようになっており、送信された信号（後述する送信信号）から脈波を抽出する機能を有している。この解析部２０は、例えば、送信信号から脈波を抽出するソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータなどであるが、センサ本体２から送信される送信信号を受信でき、送信信号から脈波を抽出する機能を有するものであればよく、とくに限定されない。
【００１７】
また、解析部２０には送信信号を受信する機能を設けずに、送信信号は別な記憶媒体で受信し記憶し、この記憶媒体に記憶されている情報を解析部２０に供給するようにしてもよい。この場合、記憶媒体は、必ずしもセンサ本体２と分離されている必要はなく、センサ本体２と有線等によって連結したものを使用してもよい。例えば、リストバンド等に記憶媒体を設けて、その記憶媒体とセンサ本体２が導線によって接続されていてもよい。
【００１８】
さらに、解析部２０自体がセンサ本体２と有線等によって連結されていてもよい。例えば、リストバンド等に解析部２０を設けて、その解析部２０とセンサ本体２とを導線によって接続したものとしてもよい。
【００１９】
（センサ本体２の詳細説明）
以下、センサ本体２の構成について詳しく説明する。
【００２０】
（取付部１０）
取付部１０は一般的な回路基板であり、光照射部１１、受光部１２、制御部１３、無線部１４および電源部１５が電気的に接続された状態で取り付けられている。なお、取付部１０は、複数の回路基板から形成されていてもよい。この場合には、光照射部１１、受光部１２、制御部１３、無線部１４および電源部１５は、必ずしも全てが同じ回路基板上に設けられていなくてもよい。また、取付部１０は回路基板に限られず、単なるプレートでもよい。この場合には、各部を導線等によって連結すればよい。しかし、取付部１０を一枚の回路基板で形成し、同じ回路基板上に光照射部１１、受光部１２、制御部１３、無線部１４および電源部１５の全てを設ければ、センサ本体２をコンパクトかつ薄型にできるという利点が得られる。
【００２１】
（光照射部１１）
光照射部１１は、爪Ｎに対して光を照射する機能を有するものである。例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）や有機ＥＬ等を光照射部１１として使用することができる。光照射部１１が照射する光の波長はとくに限定されない。例えば、赤色や緑色の可視光線や赤外線等を使用することができる。
【００２２】
（受光部１２）
受光部１２は、爪Ｎ側から供給される光を受光して、受光した光の光量に対応する電気信号（例えば電圧値や電流値）を発信することができるものである。つまり、光照射部１１から爪Ｎに向かって照射された光が指先の血管Ｖで反射した反射光を受光して、その受光量（つまり反射光の量）に対応した電気信号を発信できる機能を受光部１２は有している（図３参照）。かかる受光部１２として、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等を使用することができる。
【００２３】
（制御部１３）
制御部１３は、上述した光照射部１１および受光部１２に電気的に接続されている。この制御部１３は、光照射部１１および受光部１２の作動を制御する機能を有している。かかる制御部１３には、市販されている超小型無線モジュール（例えばＴＤＫ製  SESUB-PAN-D14580等）等を使用することができる。つまり、市販されている超小型無線モジュール等が有する機能によって、光照射部１１および受光部１２の作動制御を実現することができる。
【００２４】
例えば、制御部１３は、光照射部１１を間欠的に点灯させる機能を有しており、光照射部１１が点灯するタイミングやその発光強度等を制御している。
なお、光照射部１１を点灯させるタイミングやその発光強度等の情報は、制御部１３に予め記憶させておいてもよいし、後述する無線部１４を介して外部から供給するようになっていてもよい。
また、光照射部１１を間欠点灯させずに連続点灯させてもよいが、光照射部１１を間欠点灯させれば消費電力を抑えることができるので、センサ本体２を長時間作動させることが可能となる。
【００２５】
（送信信号の生成）
また、制御部１３は、受光部１２が発信する電気信号を受信し、その電気信号を解析部２０に送信するための送信信号に変換する機能を有している。受光部１２が発信する電気信号は弱い信号であるため、そのまま解析部２０に送信した場合、送信過程でノイズなどが信号に加わると、解析部２０において受光部１２が受光した光量の変化を電気信号から抽出できなくなってしまう可能性がある。そこで、制御部１３は、受光部１２が受光した光量の変化を解析部２０において電気信号から抽出できるように、電気信号を送信信号に変換している。具体的には、制御部１３は、以下のような方法で、受光部１２から供給される電気信号を送信信号に変換している。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように光照射部１１を間欠的に点灯させた場合、受光部１２が発信する電気信号には反射光の光量にオフセットが加わった状態となっている（図２（Ｂ）参照）。つまり、受光部１２が発信する電気信号は、反射光の光量に対応する信号（変動成分）に加えて、静脈や心臓の拡張期に動脈内に存在する血液に起因するオフセットが加わった信号となっている。
【００２７】
上述した受光部１２が発信する電気信号について、制御部１３は電気信号の最大値が送信信号の最大値となるように、電気信号を増幅し一次増幅信号を生成する（一次増幅処理、（図２（Ｃ）参照））。
【００２８】
一次増幅信号では、変動成分だけでなくオフセットも増幅されているので、一次増幅信号からオフセットを推定して、一次増幅信号からオフセットを除去するオフセット除去処理を行う。すると、一次増幅信号のうち、変動成分だけが抽出された変動信号が形成される（図２（Ｄ））。なお、オフセットの推定は、光照射部１１の光源を間欠点灯させた時の複数の信号の平均値によって実施される。
【００２９】
変動信号が形成されると、変動信号の最大値が送信信号の最大値となるように、変動信号を増幅する。すると、解析部２０に送信される送信信号が生成される（二次増幅処理、図２（Ｅ））。
【００３０】
上記のような処理を行って、制御部１３は受光部１２が発信する電気信号から送信信号を生成するので、外乱によるノイズが加わることによってオフセットが変動した場合でも、血管Ｖの拡張収縮に対応した光量の変化を適切に把握できる。
【００３１】
（無線部１４）
図１（Ｂ）に示すように、無線部１４は、制御部１３が生成した送信信号を解析部２０に発信する機能を有している。かかる無線部１４を設けることによって、センサ本体２に記憶機能を設けなくてもよくなるので、センサ本体２を小型軽量にすることができる。しかも、送信された送信信号を解析部２０で随時解析することによって、センサ本体２を付けている人の活動状態や生体情報を遠隔地でも確認することができる。
【００３２】
なお、上述した超小型無線モジュールのように制御部１３が通信機能を有している場合に、制御部１３の通信機能を利用して解析部２０に送信信号を送信することができる。この場合には、無線部１４を特別に設けなくてもよい。
【００３３】
（電源部１５）
電源部１５は、センサ本体２に設けられている各部に電力を供給するものであり、小型のボタン電池等を使用することができる。なお、電源部１５は、外部と電気的に接続できる端子を有していてもよい。その場合には、電源部１５を外部の商用電源等に接続すれば電源部１５を充電できるので、センサ本体２を長期間使用したり繰り返し使用したりすることも可能となる。
【００３４】
（本実施形態のウェアラブル脈波センサ１の使用説明）
上述したような構成を有するウェアラブル脈波センサ１は、以下のようにして使用される。
【００３５】
まず、ウェアラブル脈波センサ１のセンサ本体２を爪Ｎの表面に取り付ける。センサ本体２を爪Ｎの表面に取り付ける方法はとくに限定されない。光照射部１１から照射され血管Ｖで反射された光が受光部１２で受信できる状態となっていればよい。例えば、光を透過する公知の接着剤によって爪Ｎとセンサ本体２とを固定することができる。また、爪Ｎとセンサ本体２とが直接接触する状態（つまり両者間に他の物質が介在しない状態）としたまま、ジェルなどによってセンサ本体２を覆って両者を固定したりすることができる（図１（Ａ）参照）。
【００３６】
センサ本体２を人の爪Ｎの表面に取り付ければ、このセンサ本体２を作動させる。センサ本体２を作動させる方法はとくに限定されず、センサ本体２にスイッチを設けてもよいし、解析部２０からの信号を受信することによってセンサ本体２が作動するようにしてもよい。また、センサ本体２を作動させてからセンサ本体２を爪Ｎの表面に取り付けてもよい。
【００３７】
センサ本体２が作動すると、光照射部１１から光が爪Ｎに向かって照射され、爪Ｎを透過した光は、爪床内の血管Ｖで反射される（図３参照）。この反射光は受光部１２によって受光され、受光した光の強度に応じた電気信号が制御部１３に送信される。すると、制御部１３は、上述したように電気信号から送信信号を生成し、生成された送信信号が無線部１４によって解析部２０に送信される。すると、解析部２０では、送信された送信信号に基づいて、センサ本体２が装着されている人の脈波を抽出することができる。
【００３８】
なお、センサ本体２は、外部から密閉するように樹脂等によって覆ってしまっていてもよい。例えば、センサ本体２が防水性を有するようにした場合には、センサ本体２を人の爪Ｎの表面に取り付けた状態で入浴したり炊事洗濯などの水仕事をしたりすることも可能になる。すると、センサ本体２を取り付けた人の活動や生体情報を随時取得することができる。
【００３９】
（複数のセンサ本体２が装着されている場合）
上述したように、解析部２０では、送信された脈波信号に基づいて、センサ本体２が装着されている人の脈波を抽出することができる。しかし、人が物を掴んだりした場合のように指先が圧迫されているような状態では血流が阻害される。すると、脈波に対応して血管Ｖが拡大収縮した際の変動量が小さくなるので、脈動を把握しにくくなる。また、物を掴んだりした場合には、血行動態の変化によりオフセット値が変化する。すると、オフセット値の変化に対して上述した制御部１３による信号処理が追従できず、誤った送信信号が形成されてしまう可能性がある。このような状態が生じれば、センサ本体２が装着されている人の脈波を適切に把握できなくなる可能性がある。
【００４０】
一方、脈波は、体の部位によって振幅の差はあっても同じ時間変動を示す。つまり、センサ本体２を取り付ける爪Ｎによって血管Ｖの太さや血流量は異なるが、上述した信号処理がなされた送信信号から抽出される心拍数はほぼ同じになる。すると、複数の爪Ｎにセンサ本体２を取り付けておけば、物などを掴んだりした指以外の部分では、脈波を適切に把握できる。
【００４１】
本実施形態のウェアラブル脈波センサ１では、センサ本体２は爪Ｎに装着するので、手だけでも最大１０個までは装着が可能である。足の指の爪まで考慮すれば一人の人に対して最大２０個のセンサを取り付けることができる。すると、いずれかのセンサ本体２では、正常な状態で測定が実施されている可能性が高いので、複数のセンサ本体２から送信される送信信号を比較することによって、どの送信信号が異常な信号、つまり、物を掴んだりしている指の爪Ｎからの送信信号であるかを把握できる。言い換えれば、脈波を適切に抽出できる正常な送信信号を把握することができるので、センサ本体２が装着されている人の脈波を適切に把握できる。
【００４２】
したがって、本実施形態のウェアラブル脈波センサ１では、複数のセンサ本体２を複数の爪Ｎに取り付けておけば、センサ本体２を装着している人が日常生活を行っていても、センサ本体２が装着されている人の脈波を適切に把握できる。
【００４３】
また、全てのセンサ本体２から異常な信号が検出された場合には、センサ本体２を装着している人に異常が発生している可能性が高い。つまり、本実施形態のウェアラブル脈波センサ１では、複数のセンサ本体２を複数の爪Ｎに取り付けておけば、センサ本体２を装着している人の異常を迅速に検出できるので、見守り機能を向上できる可能性もある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のウェアラブル脈波センサは、在宅医療を受ける患者や病院の患者、高齢者の活動を見守る装置として適している。
【符号の説明】
【００４５】
１      ウェアラブル脈波センサ
２      センサ本体
１０      基板
１１      光照射部
１２      受光部
１３      制御部
１４      無線部
１５      電源部
２０      解析部
Ｎ      爪
Ｖ      血管
【図１】
2018121704.tif 000003
【図２】
2018121704.tif 000004
【図３】
2018121704.tif 000005