(57)【要約】【課題】測定対象における測定位置が制限されることなく、離間した２つの測定位置間の電位差を測定することができる電位差測定装置を提供すること。【解決手段】人体２の一部に接触または容量結合する人体側電極１２ａ、１２ｂおよびグランド側に向いたグランド電極１３ａ、１３ｂを有し、グランド電極１３ａ、１３ｂの電位を基準とした人体側電極１２ａ、１２ｂの電位の測定結果を無線伝送可能な一対の測定部３ａ、３ｂを備え、一対の測定部３ａ、３ｂの測定結果に基づいて心拍数を測定するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の一部と接触または容量結合する測定対象側電極およびグランドに容量結合するグランド電極を有し、前記グランド電極の電位を基準とした前記測定対象側電極の電位の測定結果を無線伝送可能な一対の測定部を備えたことを特徴とする電位差測定装置。
【請求項２】
前記一対の測定部のいずれか一方の測定部は、いずれか他方の測定部に測定結果を無線伝送し、
前記いずれか他方の測定部において、前記一対の測定部の測定位置間の電位差が算出されることを特徴とする請求項１に記載の電位差測定装置。
【請求項３】
前記一対の測定部のいずれか一方の測定部は、前記測定対象側電極から前記測定対象を介していずれか他方の測定部に測定結果を伝送することを特徴とする請求項２に記載の電位差測定装置。
【請求項４】
前記一対の測定部は、巻き付けることにより装着可能なバンドが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電位差測定装置。
【請求項５】
前記測定対象の左腕に装着された測定部および前記測定対象の右腕に装着された測定部の測定位置間の電位差に基づいて心拍数が測定されることを特徴とする請求項４に記載の電位差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体等の測定対象における２箇所間の電位差等を生体情報として測定する電位差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体情報を測定する電位差測定装置として、人体の２箇所間の電位差を生体情報として測定するものが知られている（特許文献１参照）。この従来の電位差測定装置においては、人体の所定位置の電位を測定する複数の測定電極と基準電位が設定される基準電極とが配線を介して装置本体に接続されている。そして、人体の胸部表面の所定位置に複数の測定電極を貼り付けると共に、複数の測定電極に干渉しない位置に基準電極を貼り付けることにより、基準電極の電位を基準とした胸部における２つの測定位置間の電位差が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７８９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の電位差測定装置においては、複数の測定電極および基準電極が配線を介して装置本体に接続されているため、人体における測定位置が配線の長さによって制限されてしまうという問題があった。特に、人体の両手首間のように大きく離れた２つの測定位置間の電位差を測定する場合には、長い配線を用意しなければならなかった。
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、測定対象における測定位置が制限されることなく、離間した２つの測定位置間の電位差を測定することができる電位差測定装置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】
【０００６】
本発明の電位差測定装置は、測定対象の一部に接触または容量結合する測定対象側電極およびグランドに容量結合するグランド電極を有し、前記グランド電極の電位を基準とした前記測定対象側電極の電位の測定結果を無線伝送可能な一対の測定部を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、一対の測定部から無線伝送された電位の測定結果に基づいて電位差を測定することができる。また、一対の測定部が電位の測定結果を無線伝送可能なため、従来の電位差測定装置のように測定位置が配線の長さに制限されることなく、測定部による測定位置の自由度を高めることができる。特に、一対の測定部の測定位置が大きく離れた場合であっても、２つの測定位置間の電位差を測定することができる。さらに、測定部は、測定対象側電極が測定対象に容量結合するため、測定対象側電極と測定対象との間に薄厚の絶縁物を挟んだ状態であっても電位を測定することができる。
【０００８】
また本発明は、上記電位差測定装置において、前記一対の測定部のいずれか一方の測定部は、いずれか他方の測定部に測定結果を無線伝送し、前記いずれか他方の測定部において、前記一対の測定部の測定位置間の電位差が算出されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、片方の測定部において一対の測定部の測定位置間の電位差を算出させることができ、装置構成を簡略化することができる。
【００１０】
また本発明は、上記電位差測定装置において、前記一対の測定部のいずれか一方の測定部は、前記測定対象側電極から前記測定対象を介していずれか他方の測定部に測定結果を伝送することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、測定部の測定対象側電極を電位測定する電極として機能させる他、送受信用のインターフェースとして機能させるため、部品点数を削減して装置構成をより簡略化することができる。
【００１２】
また本発明は、上記電位差測定装置において、前記一対の測定部は、巻き付けることにより装着可能なバンドが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、胸部表面に測定対象側電極を装着させることなく、例えば、人体の両腕に一対の測定部をバンドにより巻き付けて装着させることで、人体の姿勢に関わらず無拘束状態で両腕間の電位差（心電波形）を手軽に測定することができる。
【００１４】
また本発明は、上記電位差測定装置において、前記測定対象の左腕に装着された測定部および前記測定対象の右腕に装着された測定部の測定位置間の電位差に基づいて心拍数が測定されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、無拘束状態で両腕間の電位差（心電波形）を測定できることから、歩行等の運動時の心拍数を手軽に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、測定対象における測定位置が制限されることなく、離間した２つの測定位置間の電位差を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電位差測定装置の第１の実施の形態を示す図であり、電位差測定装置の概略図である。
【図２】本発明に係る電位差測定装置の第１の実施の形態を示す図であり、電位差測定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る電位差測定装置の第１の実施の形態を示す図であり、電位信号および電位差信号の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る電位差測定装置の第２の実施の形態を示す図であり、電位差測定装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明に係る電位差測定装置の第３の実施の形態を示す図であり、電位差測定装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電位差測定装置の概略図である。なお、以下においては、本発明を、測定対象としての人体の心拍数を測定する電位差測定装置に適用する場合について説明する。しかしながら、本発明の適用対象については、これに限定されるものではなく、例えば、動物等の生体の２つの測定位置間の電位差を測定するものにも適用可能である。
【００１９】
図１に示すように、電位差測定装置１は、人体２の心拍数を測定するものであり、測定対象としての人体２の両手首に装着された一対の測定部３ａ、３ｂと、測定部３ａ、３ｂに無線接続された受信機４とを備えている。測定部３ａ、３ｂは、人体２の両手首の電位を測定するものであり、それぞれリストバンド１１ａ、１１ｂにより人体２の両手首に装着されている。
【００２０】
また、測定部３ａ、３ｂは、それぞれ人体２の手首側に設けられた測定対象電極としての人体側電極１２ａ、１２ｂと、人体側電極１２ａ、１２ｂの背面側に設けられたグランド電極１３ａ、１３ｂとを有している。人体側電極１２ａ、１２ｂは、平板電極により形成されており、人体２の右手首に接触または電気的に容量結合される。この場合、人体側電極１２ａ、１２ｂは、人体２の電位変動を測定するため、人体２の手首に電気的に導通している必要がない。したがって、例えば、薄い布を介して人体側電極１２ａ、１２ｂと人体２の手首とが容量結合するので、衣類の上からでも電位を測定することが可能となっている。
【００２１】
グランド電極１３ａ、１３ｂは、平板電極により形成されており、床５との容量結合およびグランド電極１３ａ、１３ｂ間の容量結合によりグランド電位を作り出している。測定部３ａ、３ｂは、それぞれグランド電極１３ａ、１３ｂによって作り出されたグランド電位を基準として人体２の両手首の電位を測定するように構成されている。なお、本実施の形態においては、グランド電極１３ａ、１３ｂが床５と容量結合する構成としたが、壁や車両等のグランドに容量結合する構成としてもよい。
【００２２】
また、本実施の形態においては、人体側電極１２ａ、１２ｂおよびグランド電極１３ａ、１３ｂを平板電極として説明するが、この構成に限定されるものではない。人体側電極１２ａ、１２ｂおよびグランド電極１３ａ、１３ｂを、柔軟性を有する導電性フィルム等の薄厚の導電性材料により構成するようにしてもよい。この構成により、人体側電極１２ａ、１２ｂおよびグランド電極１３ａ、１３ｂが人体２の凹凸に沿って変形するため、安定した容量結合を形成することが可能となる。
【００２３】
受信機４は、測定部３ａ、３ｂに無線接続されており、測定部３ａ、３ｂの測定結果に基づいて電位差（心電波形）を測定し、測定した電位差の波形から心拍数を測定する。なお、測定部３ａ、３ｂおよび受信機４間の無線伝送方式は、特に限定されるものではなく、例えば、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、Zigbee（登録商標）、赤外線通信、電解通信等を用いて通信するようにしてもよい。
【００２４】
このように構成された電位差測定装置１では、人体２の両手首に測定部３ａ、３ｂが装着され、受信機４と測定部３ａ、３ｂとが無線接続されているため、人体２の姿勢に関わらず無拘束状態で手軽に心拍数を測定可能となっている。
【００２５】
図２を参照して、電位差測定装置の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電位差測定装置の機能ブロック図である。
【００２６】
図２に示すように、測定部３ａ、３ｂにおいては、人体側電極１２ａ、１２ｂが人体２に向けられると共に、グランド電極１３ａ、１３ｂがグランド側に向けられている。このとき、人体側電極１２ａ、１２ｂは、人体２の両手首にそれぞれ容量結合され、人体２の電位変動が入力される。また、グランド電極１３ａ、１３ｂは、床５に容量結合されてグランド電位が設定されると共に、グランド電極１３ａ、１３ｂ間で容量結合されてグランド電位が共有される。この構成により、グランド電位が左右で一致するため、基準電位を測定部３ａ、３ｂの直近でそれぞれ人体にとる構成と比較してノイズを減少させている。
【００２７】
人体側電極１２ａ、１２ｂおよびグランド電極１３ａ、１３ｂは、それぞれ対応する測定部３ａ、３ｂの電位測定処理部１４ａ、１４ｂの入力端側に接続されている。電位測定処理部１４ａ、１４ｂは、図示しないアンプを有しており、グランド電位を基準として人体側電極１２ａ、１２ｂに入力される人体２の両手首の電位を増幅して測定する。また、電位測定処理部１４ａ、１４ｂの出力端側には、それぞれ通信部１５ａ、１５ｂが設けられている。通信部１５ａ、１５ｂは、電位測定処理部１４ａ、１４ｂから出力された電位信号を変調して、測定情報として受信機４に無線伝送する。
【００２８】
受信機４は、通信部２１ａ、２１ｂを有しており、通信部２１ａ、２１ｂにおいて測定部３ａ、３ｂから無線伝送された測定情報を復調処理して電位信号を受信する。通信部２１ａ、２１ｂには、電位差測定処理部２２が接続されている。電位差測定処理部２２は、図示しない差動アンプを有しており、測定部３ａ、３ｂから入力された電位信号の電位差を増幅して出力する。電位差測定処理部２２には、心拍数測定処理部２３が接続されている。心拍数測定処理部２３は、電位差測定処理部２２から入力された電位差信号の波形から心拍数を測定する。
【００２９】
以下、図３を参照して、心拍数の測定方法について説明する。図３は、電位信号および電位差信号の一例を示す図である。なお、図３においては、波形Ｗ１が左手首に装着された測定部から出力された電位信号、波形Ｗ２が右手首に装着された測定部から出力された電位信号、波形Ｗ３が電位差測定処理部から出力された電位差信号をそれぞれ示している。また、図３においては、縦軸が電位［ｍＶ］、横軸が時間［ｓｅｃ］をそれぞれ示している。
【００３０】
図３において、波形Ｗ１および波形Ｗ２に示す電位信号は、心臓の拍動周期に対応して変動している。同様に、波形Ｗ３に示す電位差信号も、電位信号と同一周期で変動している。電位信号および電位差信号は、一定周期でピーク値が得られている。このとき、電位差信号のピーク値は、電位信号のピーク値よりも急峻となっている。したがって、心拍数は、電位差信号のピーク値の現れる間隔に基づいて測定される。
【００３１】
具体的には、１分間の心臓の拍動回数を心拍数とした場合、心拍数は６０．０／ピーク値間隔で測定される。例えば、波形Ｗ３に示す電位差信号のピーク値は、３３．６［ｓｅｃ］および３４．４［ｓｅｃ］に現れている。したがって、心拍数は６０．０／（３４．４−３３．６）＝７５として測定される。なお、ピーク値間隔は、心拍数測定処理部２３にピーク値判定用の閾値を記憶させておき、閾値以上の電位を電位差信号のピーク値とし、ピーク値の得られた時間に基づいて算出される。ただし、ピーク値間隔は、この取得方法に限定されるものではなく、ピーク値間隔を取得可能であればどのように取得してもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、心拍数を６０．０／ピーク値間隔で測定する構成としたが、この構成に限定されるものではない。電位差信号を用いて心拍数を測定する方法であればどのような方法でもよく、例えば、１分間に現れるピーク値を数えて心拍数を測定してもよい。
【００３３】
以上のように、本実施の形態に係る電位差測定装置１によれば、一対の測定部３ａ、３ｂが電位信号を無線伝送可能なため、従来の電位差測定装置のように測定位置が配線の長さに制限されることなく、測定部３ａ、３ｂによる測定位置（結合位置）の自由度を高めることができる。また、測定部３ａ、３ｂは、人体側電極１２ａ、１２ｂが人体２に容量結合するため、衣類の上から心拍数を測定することが可能となる。さらに、両腕に測定部３ａ、３ｂを装着させることで人体２の姿勢に関わらず無拘束状態で心拍数を測定することができ、特に歩行等の運動時の心拍数を手軽に測定することが可能となる。
【００３４】
なお、上記した第１の実施の形態においては、受信機４を人体２から離間した位置に配置した構成としたが、この構成に限定されるものではない。受信機４は、一対の測定部３ａ、３ｂに無線接続される構成であればよく、例えば、人体２に装着される構成としてもよい。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態に係る電位差測定装置は、上述した第１の実施の形態に係る電位差測定装置と一対の測定部のいずれか一方の測定部において電位差信号を測定する点についてのみ相違する。したがって、特に相違点についてのみ説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電位差測定装置の機能ブロック図である。
【００３６】
図４に示すように、第２の実施の形態における電位差測定装置３１においては、測定部３３ａ、３３ｂ間で無線伝送可能に構成されており、受信側の測定部３３ｂにおいて送信側の測定部３３ａから電位信号を受信して電位差信号を測定するように構成されている。受信側の測定部３３ｂには、電位差測定処理部４７が設けられている。電位差測定処理部４７の入力端側には、電位測定処理部４４ｂが接続されると共に、測定部３３ａに無線接続するための通信部４５ｂが設けられている。電位差測定処理部４７の出力端側には、受信機３４に無線接続するための通信部４６が設けられている。
【００３７】
また、電位差測定処理部４７は、図示しない差動アンプを有しており、電位測定処理部４４ｂから入力された電位信号および通信部４５ｂを介して測定部３３ａから入力された電位信号の電位差を増幅して通信部４６に出力する。通信部４６は、電位差測定処理部４７から入力された電位差信号を変調して、測定情報として受信機３４に無線伝送する。
【００３８】
受信機３４は、通信部４８を有しており、通信部４８において測定部３３ｂから無線伝送された測定情報を復調処理して電位差信号を受信する。通信部４８には心拍数測定処理部４９が接続されており、心拍数測定処理部４９において電位差信号の波形から心拍数が測定される。
【００３９】
以上のように、本実施の形態に係る電位差測定装置３１によれば、第１の実施の形態と同様な効果に加えて、一対の測定部３３ａ、３３ｂのうち片方の測定部３３ｂにおいて電位差信号を算出させて受信機３４に無線伝送するため、受信機３４の装置構成および通信制御構成を簡略化することが可能となる。なお、本実施の形態においては、測定部３３ｂにおいて電位差信号を測定する構成としたが、測定部３３ａにおいて電位差信号を測定する構成としてもよい。
【００４０】
また、上記した第２の実施の形態においては、片側の測定部３３ｂにおいて電位差信号を測定し、受信機３４において心拍数を測定する構成としたが、この構成に限定されるものではない。測定部３３ｂに心拍数測定処理部４９を設けて、測定部３３ｂにおいて電位差信号および心拍数を測定する構成としてもよい。この構成により、受信機３４が不要となり、より手軽に心拍情報を測定することが可能となる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態に係る電位差測定装置は、上述した第２の実施の形態に係る電位差測定装置と人体等の伝送媒体を介して一対の測定部間で電位信号を伝送する点についてのみ相違する。したがって、特に相違点についてのみ説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電位差測定装置の機能ブロック図である。
【００４２】
図５に示すように、第３の実施の形態における電位差測定装置５１は、人体２に付与された電界を介して測定部５３ａ、５３ｂ間で電位信号を送受信させて、受信側の測定部５３ｂにおいて電位差信号を測定するように構成されている。送信側の測定部５３ａには、人体２に対して電界を付与する送信信号生成部６８が設けられている。送信信号生成部６８は、入力端側に電位測定処理部６４ａが接続され、出力端側に人体側電極６２ａが接続されている。
【００４３】
また、送信信号生成部６８は、電位測定処理部６４ａから入力された電位信号を、人体２の導電性を示す周波数（数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ）に変調して送信信号を生成する。この送信信号は、増幅されて電位変動に変換されて人体側電極６２ａに印加されることにより、人体側電極６２ａの周囲に送信信号に対応する電界信号が発生する。この電界信号が人体２に付与され、受信側の測定部５３ｂの人体側電極６２ｂに加えられる。
【００４４】
受信側の測定部５３ｂの人体側電極６２ｂには送信信号処理部６９が接続されている。送信信号処理部６９は、人体側電極６２ｂに電界が加わると、送信信号を復調して電位信号を取得する。送信信号処理部６９の出力端側には電位差測定処理部６７が接続されている。電位差測定処理部６７は、図示しない差動アンプを有しており、電位測定処理部６４ｂから入力された電位信号および送信信号処理部６９を介して測定部５３ａから伝送された電位信号の電位差を増幅して通信部６６に出力する。
【００４５】
通信部６６は、電位差測定処理部６７から入力された電位差信号を変調して、測定情報として受信機５４に無線伝送する。受信機５４は、通信部７１を有しており、通信部７１において測定部５３ｂから無線伝送された測定情報を復調処理して電位差信号を受信する。通信部７１には心拍数測定処理部７２が接続されており、心拍数測定処理部７２において電位差信号の波形から心拍数が測定される。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係る電位差測定装置５１によれば、第１、第２の実施の形態と同様な効果に加えて、人体側電極６２ａ、６２ｂを電位測定する電極として機能させる他、測定部５３ａ、５３ｂ間の送受信用のインターフェースとして機能させるため、測定部５３ａ、５３ｂの部品点数を削減して装置構成をより簡略化することが可能となる。なお、本実施の形態においては、測定部５３ｂにおいて電位差信号を測定する構成としたが、測定部５３ａにおいて電位差信号を測定する構成としてもよい。
【００４７】
また、上記した第３の実施の形態においては、片側の測定部５３ｂにおいて電位差信号を測定し、受信機５４において心拍数を測定する構成としたが、この構成に限定されるものではない。測定部５３ｂに心拍数測定処理部７２を設けて、測定部５３ｂにおいて電位差信号および心拍数を測定する構成としてもよい。この構成により、受信機５４が不要となり、より手軽に心拍情報を測定することが可能となる。
【００４８】
また、上記した各実施の形態においては、一対の測定部と人体との結合部間の電位差から心拍数を測定する構成としたが、この構成に限定されるものではない。一対の測定部と人体との結合部間の電位差から測定可能な生体情報であれば、どのような情報であってもよい。
【００４９】
また、上記した各実施の形態においては、一対の測定部を人体の両手首に装着する構成としたが、この構成に限定されるものではない。一対の測定部は、人体の２箇所に装着されていればよく、左右の上腕部に装着される構成としてもよいし、手足に装着される構成としてもよい。さらに、一対の測定部は、人体に装着されずに人体に接触される構成としてもよい。このような構成であっても、人体との結合部の電位を測定することが可能である。
【００５０】
また、上記した各実施の形態においては、測定対象として人体を例示して説明したが、この構成に限定されるものではない。測定対象は、動物等の生体でもよいし、測定対象の２箇所間の電位差を測定可能であれば、生体以外のものであってもよい。
【００５１】
また、上記した各実施の形態においては、測定部は、人体側電極と人体との容量結合により電位を測定する構成としたが、この構成に限定されるものではない。測定部は、人体側電極と人体とが直に接触することにより電位を測定する構成としてもよい。
【００５２】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、測定対象における測定位置が制限されることなく、離間した２つの測定位置間の電位差を測定することができるという効果を有し、特に、人体等の測定対象における２箇所間の電位差等を生体情報として測定する電位差測定装置に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１、３１、５１  電位差測定装置
２  人体（測定対象）
３ａ、３ｂ、３３ａ、３３ｂ、５３ａ、５３ｂ  測定部
４、３４、５４  受信機
１１ａ、１１ｂ  リストバンド（バンド）
１２ａ、１２ｂ、４２ａ、４２ｂ、６２ａ、６２ｂ  人体側電極（測定対象側電極）
１３ａ、１３ｂ、４３ａ、４３ｂ、６３ａ、６３ｂ  グランド電極
１４ａ、１４ｂ、４４ａ、４４ｂ、６４ａ、６４ｂ  電位測定処理部
２２、４７、６７  電位差測定処理部
２３、４９、７２  心拍数測定処理部
６８  送信信号生成部
６９  送信信号処理部
【図１】
2011072452.tif 000003
【図２】
2011072452.tif 000004
【図３】
2011072452.tif 000005
【図４】
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【図５】
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