(57)【要約】【課題】  信号受信素子及び信号処理素子を含む超小型無線生体信号処理装置、及び、生体信号処理方法を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明は、外部センサーから入力された各種信号を受信でき、また、信号を信号処理素子に伝送する信号受信素子、及び、ある程度の信号受信時間をｎ等分に分割し、並びに、分割後の各等分受信時間を特定センサーで受信した信号に対応する信号処理素子を含む超小型無線生体信号処理装置を提供し、また、本発明は（１）信号受信素子で信号を受信すること、及び、（２）信号処理素子を通じてある程度の信号受信時間をｎ等分に分割し、また、分割後の各等分受信時間を特定センサーで受信した信号に対応することを含む生体信号処理方法を更に提供す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】
生体信号処理装置であって、信号受信素子、及び、 信号処理素子を含み、信号受信素子が外部センサーから入力された各種信号を受信し、並びに、信号を信号処理素子までに伝送し、信号処理素子はある程度の信号受信時間をｎ等分に分割し、且つ、分割後の各等分受信時間を特定センサーが受信した信号に対応することを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の生体信号処理装置において、ｎが１〜５０であることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の生体信号処理装置において、１つから複数の信号センサーを更に含むことを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の生体信号処理装置において、信号センサーは無線心電センサー、無線脳波センサー、無線温度センサー、無線筋電センサー、超小型張力センサー、及び、超小型加速度センサーから選択してからなる群であることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項５】
請求項３記載の生体信号処理装置において、信号センサーは電極、増幅器、マイクロコントローラ、信号送受信素子、及び、電源からなることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の生体信号処理装置において、前記信号送受信素子が所属する信号受信時間以外、信号を発した場合、信号受信素子が信号を発して所属する信号受信時間内に誘導できることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項７】
請求項５記載の生体信号処理装置において、前記信号送受信素子が無線インターフェースであることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項８】
請求項３記載の生体信号処理装置において、１つの信号記録計を更に含むことを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項９】
請求項８記載の生体信号処理装置において、前記信号記録計はハードディスク、フロッピーディスク、フラッシュディスク、超小型ハードディスク、或いは、フラッシュメモリカードとすることができることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１０】
請求項１記載の生体信号処理装置において、その実行はパーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータ、無線基地局、携帯電話、個人用デジタル補助装置等のマイクロコンピュータシステムから実行することを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１１】
請求項１記載の生体信号処理装置において、更に一歩進みでデータを分析でき、或いは、その他信号受信素子までに伝送できることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の生体信号処理装置において、前記データの分析は睡眠分析の演算法、及び、自律神経分析システムの演算法を通じて行うことを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１３】
請求項３記載の生体信号処理装置において、信号受信素子は、更に一歩進みでフィードバック信号を全ての信号センサー内の信号送受信素子に発して前記信号送受信素子が発した信号とほぼ同期できることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１４】
請求項３記載の生体信号処理装置において、生体信号処理装置、及び、信号センサーをシステム・オン・チップの上に置くことができることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１５】
請求項１記載の生体信号処理装置において、生体信号には有線伝送、或いは、無線伝送を通じた生体信号を含むことを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１６】
請求項１記載の生体信号処理装置において、生体信号は人体の生体信号であることを特徴とする、生体信号処理装置。
【請求項１７】
生体信号処理方法であって、  信号受信素子で信号を受信すること、及び、 信号処理素子を通じてある程度の信号受信時間をｎ等分に分割し、また、分割後の各等分受信時間を特定センサーで受信した信号に対応することを特徴とする、生体信号処理方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の生体信号処理方法において、信号センサーが実行する信号検出ステップを更に含むことを特徴とする、生体信号処理方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の生体信号処理方法において、信号記録計が実行する信号記録ステップを更に含むことを特徴とする、生体信号処理方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の生体信号処理方法において、更に一歩進んで信号受信素子がフィードバック信号を全ての信号センサー内の信号送受信素子に発して、前記信号送受信素子が発した信号とほぼ同期できることを特徴とする、生体信号処理方法。
【請求項２１】
請求項１７記載の生体信号処理方法において、睡眠品質の評価、睡眠障害の診断、睡眠薬の薬効評価、各種薬物の睡眠及び自律神経機能への副作用の評価、保健養生方法の睡眠、及び、自律神経機能への影響評価、健康食品の睡眠品質と自律神経機能への影響評価、及び、高齢者と新生児の睡眠状況評価に用いることができることを特徴とする、生体信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超小型無線生体信号処理装置に関る。本発明では生体信号処理方法を更に提供することに関る。
【背景技術】
【０００２】
心拍、脳波、呼吸、体温等の生体信号は、現在では生命現象の指標として見なされ、前述の生体信号を総合すると共に筋電信号を加えて、各種の分析を行うと、睡眠及び自律神経機能等の指標を得ることができ、これら生体信号の収集及び分析は多くの医療情報に対する理解と将来の医療への運用に役に立つ。特に無線遠隔測定の設計は、更に正確で干渉しない生理現象を反応でき、各種生理機能に対する理解が更に正確となり、医学上の重要情報を提供できる。
【０００３】
睡眠医学は、最近５年間で大きく進歩し、睡眠時無呼吸症候群及びいくつかの慢性睡眠の問題が益々重視されている。ある医学研究でも睡眠の問題は高血圧となる原因の一つである可能性があり、睡眠に関する研究と臨床検査の数量は近年においても大幅に成長したのは、睡眠に関する研究の実施が将来の医学発展の重点の一つであるのが見られている。現在の医療環境を見ると、睡眠研究の進捗率が遅いため、睡眠が臨床診療において落とし穴となった。現在に到るまで、長期的な監視制御機器及び分析ツールの構築が不便と不足により、患者の協力性が低くなり、睡眠医学の発展が制限されてきた。
【０００４】
総合的に見ると、現在の睡眠医学の検出システムの主な欠陥とは、
（１）従来の有線システムで起きる制約
現在の生体信号の長期検出システムは、従来の有線伝送技術で構築され、被検体は身体の各部位に多くの電極を貼り付け、これら電極は更に導線を通じて信号増幅器に接続されてアナログ−デジタル変換を行ってから、更にデジタル信号処理を行われるため、使用上非常に不便なものとなっている。被検体の身体上に接続線をふ設しなければならないため、行動が大幅に制限され、トレイにも非常に不便であり、これも多くの患者に尻込みさせ、病院への検査が恐怖、或いは医師が長期的な検出に協力したくないという現象が生じている。
【０００５】
（２）従来の測定器の価格が高騰且つ操作し難い。
実際において病院で行われている効率も非常に遅く、長期的な生体信号モニタリングシステムの操作は非常に専門的な技術者を必要とし、一定期間の訓練を受けた後で、スムーズに睡眠測定を行うことができる。
【０００６】
（３）最近すでに無線測定器の開発が進められているが、使用上の利便性についてまだ強化する必要がある。
市販されている何社のメーカからいわゆる無線システムが続々と開発されているが、大部分の無線システムは、やはり導線の制限から抜け出すことができない。多数のシステム電極はやはり導線を経由してメイン機器に接続され、増幅、アナログ−デジタル変換を行ってから、更にマイクロコントローラ及び無線モジュールを経由してデジタル信号を無線発信し、全システムはやはり導線による接続を必要とし、患者への利便性に改善があったが、これら導線はやはり患者へある種の行動上の制限を起こしている。導線本体も同時に各種ノイズ源であるため、測定結果の正確性を損なっている。その他、現在のシステムは同一チャンネル内で同期受信できず、並びに多数の異なる生体信号を処理できないため、帯域幅と電力が相対的に浪費され、また測定器の体積が大きすぎるため携帯に不便であることも説明せずとも分かるであろう。
【０００７】
上述をまとめると、現在の睡眠検出システムの導線が患者への不便となり、同時にノイズ源を増加させ、その他これら測定器の価格が高騰し、操作し難く、体積も大きく且つ随時患者の健康状況及び症状をモニタリングできないため、導線が全くなく、安価で体積が小さい個人の操作及び長期モニタリング可能な生体信号記録とモニタリングシステムを開発することが、必要且つ迫切しており、被測定者を更に自由に、検出ノイズを更に少なくし、並びに更に一歩進んで疾患の経過を理解できると共に随時症状のモニタリング或いは手術治療効果の評価実施等の効果がある。
【０００８】
特許文献１では、頚部を通じて同時に心電、脈拍と音波を測定できるセンサーを開示している。特許文献２では、非侵襲的な自律神経系モニタリングシステム及びその用途を開示している。特許文献３では、心電信号変換器及びそのアナログ-デジタル変更ユニットを開示している。特許文献４では、心電信号収集装置を開示している。
【特許文献１】中華民国特許出願番号０９０１２８７８６
【特許文献２】中華民国特許出願番号０９１１０６４９２
【特許文献３】中華民国特許出願番号０９２１１７２５０
【特許文献４】米国特許出願番号０９/３１７，５１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
専門用語の説明
脳波図（Ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ、ＥＥＧ）
電極を頭皮に置いて記録して得られた脳波パターンで、脳波活動の変化は睡眠、急速眼球運動睡眠及び覚醒状態或いは神経系関連の疾病の指標とすることができる。
眼電位図（Ｅｌｅｃｔｒｏｏｃｕｌｏｇｒａｍ、ＥＯＧ）
網膜の静止電位の測定を通じて得られた電気信号パターンで、通常眼球運動状況の記録及び眼部疾病の診断に用いる。
筋電図（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍ、ＥＭＧ ）
筋肉の収縮又は弛緩時に電流が生じ、当該電流の強度と筋肉の活動程度は正比例関係となり、この電流変化の記録を通じて構築するパターンが筋電図という。
心電図（Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ、ＥＣＧ ｏｒ ＥＫＧ）
心臓の収縮と弛緩運動で発生する弱電流により、この種の弱電流を体中に流す時、手や足に置いた電気信号を電流計に伝送してから、その波形データを記録紙に記録させたものが心電図となる。多くの心臓血管関連の生理状況を示すことができる。
ファームウエア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）
ファームウエアは、コンピュータにおいて、一種のハードウェア内に埋め込むソフトウェアである。通常はフラッシュメモリ内にあり、且つ利用者に更新させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、信号受信素子及び信号処理素子を含む超小型無線生体信号処理装置を提供する。信号受信素子は外部センサーから入力された各種信号を受信でき、並びに信号を信号処理素子に伝送する。信号処理素子はある程度の信号受信時間をｎ等分に分割し、並びに分割後の各等分受信時間を特定センサーで受信した信号に対応する。本発明内にあっては、ｎが１〜５０で、好ましい実施例内にあってｎは１〜３０で、好しくは１〜２０、好適なものが１〜１０である。
【００１１】
本発明で提供する超小型無線生体信号処理装置は、少なくとも一つの電極、増幅器、マイクロコントローラ、信号送受信素子及び電源で構成される信号センサーを更に含むことができる。
【００１２】
前記信号センサーの電極は正負両極の差動入力設計で、被検体の各種生体信号を収集することに用いる。前記各種信号センサーの増幅器は当該正電極と負電極の両極からくる入力信号を受信した後、まず入力フィルタを経由してノイズをろ過除去することで信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）をアップし、さらに差動増幅器により差動増幅して、増幅した生体信号を発生する。前記マイクロコントローラがアナログ・デジタルのサンプリングを行うため、前記増幅した生体信号は更に出力フィルタを経由して前記マイクロコントローラのアナログ・デジタルサンプリング周波数の２倍以上の信号を除去する。前記マイクロコントローラのアナログ・デジタル変換ユニットは、適切な電圧解像度とサンプリング率で増幅器に生じた増幅生体信号をアナログからデジタルへの変換を行うと、デジタル生体信号が生じる。前記信号送受信素子はマイクロコントローラから発生したデジタル生体信号を受信し、変調／復調器（ｍｏｄｕｌａｔｏｒ／ｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）により変調生体信号として調変し、前記調変生体信号は無線送受信機を通じて信号受信素子まで発信する。同時に前記信号送受信素子も前記無線送受信機により信号受信素子から発信する無線フィードバック信号を受信できる。
【００１３】
前記信号センサー内の信号送受信素子が所属する信号受信時間以外に信号を発信する場合、信号受信素子が信号を発し、それを所属の信号受信時間内に誘導し、この誘導機能は異なる信号センサーからの信号がいずれも正確に所属する信号受信時間に対応させることで、正確な信号記録を発生させることができる。
【００１４】
本発明は、無線インターフェースを信号センサー内の信号送受信素子とし、無線インターフェースがデジタル生体信号を無線信号に変換して発信でき、また外部から送り込みされた無線信号も受信できる。
【００１５】
本発明内で言及する生体信号には、有線伝送及び無線伝送を通じる生体信号を含み、且つ前記生体信号が人体の生体信号で、これには心電信号、脳波信号、体温、筋電信号、張力信号と加速度信号等を含む。
【００１６】
本発明内の信号センサーには、有線／無線心電センサー、有線／無線脳波センサー、有線／無線温度センサー、有線／無線筋電センサー、有線／無線超小型張力センサー或いは有線/無線超小型加速度センサーを含むものとするが、これに限定されることが無い。前記各センサーの関連回路は、多くの公開されている回路を使用でき、電気信号の収集、体温の収集、血中酸素濃度の収集及び胸囲の収集等を含んで多くの回路を参考用としたものがある。
【００１７】
本発明で提供する超小型無線生体信号処理装置は、信号記録計を更に含むことができる。前記信号記録計は、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、フラッシュディスク、超小型ハードディスク或いはフラッシュメモリーカードとすることができる。その目的が無線伝送を通じて、遠隔で処理した大量の各種生体信号を記録並びに保存して、その後の分析に使用される。
【００１８】
本発明で提供する超小型無線生体信号処理装置は、パーソナルコンピュータ、ノートブック型コンピュータ、無線基地局、携帯電話、個人用デジタル補助装置等のマイクロコンピュータシステムの内部に構築することができ、また更に一歩進んでデータを分析し、或いはデータをその他信号受信素子までに伝送し、更に当該分析結果を、インターネットを通じてその他マイクロコンピュータシステムに伝送できる。本発明である超小型無線生体信号処理装置は、携帯型マイクロコンピュータシステムの周辺で睡眠データを収集、保存、若しくはインターネットを通じてデータをその他マイクロコンピュータシステムに伝送できる。前記データ分析は、睡眠分析の演算法及び自律神経分析システムの演算法を通じて行う。
【００１９】
本発明内の信号受信素子は、一歩進んでフィードバック信号を全ての信号センサーまで発すことで、前記センサー信号の発信をほぼ同期となることができる。この同期はその後の信号分析時の対比と演算に有利で、更に正確な評価及び判断を得ることができる。
【００２０】
本発明で提供する超小型無線生体信号処理装置は、信号センサーと統合して一体型とすることができ、システム・オン・チップ（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ、ＳｏＣ）の概念で検知、受信、処理等の機能を１つのチップに詰め込み、電子測定器の超小型化と多機能化の傾向を実現する。この統合システムは、同時にその他信号センサーから発信した無線信号を収集でき、全ての信号を統合すると共に遠隔信号記録計に保存できる。このシステムの発展を通じ、ウェアラブル無線生体信号モニタリングシステムを実現できる。全ての無線生体信号センサーと信号処理装置は被検体の身につけ、被検体は自由に動き回ることができ、生活リズムへの影響が最も少ない状態で睡眠脳波及び心電波等の各種生体信号の分析を行う。このシステムは各種長期的な疾病の経過のモニタリングと症状のリアルタイムモニタリング或いは手術治療効果の評価及び睡眠品質と睡眠自律神経機能の評価を行うことができる。
【００２１】
本発明は信号受信素子で信号を受信すること及び信号処理素子を通じてチャンネル内の受信時間をｎ等分に分割し、また分割後の各等分受信時間をある特定受信した信号に対応することを含む一種の生体信号処理方法を更に提供する。本発明にあっては、ｎが１〜５０で、好ましい実施例内にあってｎは１〜３０で、好しくは１〜２０、好適なものが１〜１０である。
【００２２】
本発明で提供する生体信号処理方法の長所は同一チャンネル内において、同期複数の信号センサーが発した信号を収集でき、制限される帯域幅を最も有効に運用する以外に、且つ現有のデジタル無線発信技術に組み合わせて最適化な応用を行うことができる。その構造は簡単であるため、最少の電力使用で、データの同期収集を行うことができる。
【００２３】
本発明で提供する生体信号処理方法は、信号センサーにより実行する信号検出ステップ及び信号記録計により実行する信号記録ステップを更に含む。且つ本信号処理装置内の信号受信素子がフィードバック信号を全ての信号センサーまでに発することで、前記センサー信号の発信をほぼ同期できる。
【００２４】
本発明で提供する生体信号処理方法は、無線生体信号検出、同期発信受信技術、同期記録保存技術と睡眠分析演算法等の技術を統合でき、導線が全くなく、使用が便利で、随時モニタリングでき且つ正確な生体信号を分析できるモニタリングシステムを実現し、睡眠品質の評価、睡眠障害の診断、睡眠薬の薬効評価、各種薬物の睡眠及び自律神経機能への副作用の評価、保健養生方法の睡眠及び自律神経機能への影響評価、健康食品の睡眠品質と自律神経機能への影響評価及び高齢者と新生児の睡眠状況評価に応用できる。
【００２５】
本発明の内容及び若干の具体的な実施例を介し付属の図面を組み合わせることで、本発明に対する詳細な説明を後記のとおり行うものである。実に、本発明は異なる態様で実施でき、且つ文章中に提及した実例のみに限定されることを推論しないものとする。
【００２６】
実施例１  一人の無線マルチセンサー同期信号の収集
各種生体信号を収集するため、身体の各特定部位に異なる信号センサー１０を貼り付ける。これには額に無線脳波信号センサー１００を置くことで脳波（ＥＥＧ）を収集することと、両眼の外側に無線眼電位信号センサー１０１を置くことで眼電位（ＥＯＧ）を収集することと、口の外側或いは顎に無線筋電信号センサー１０２を置くことで筋電（ＥＭＧ）を収集することと、鼻の穴下方に無線温度信号センサー１０３を置くことで鼻息の温度を収集して、鼻穴からの息の指標とすることと、胸前に無線心電信号センサー１０４を置くことで心電信号（ＥＣＧ）を収集することと、胸の筋肉箇所に超小型張力信号センサー１０５を置くことで呼吸機能を評価することと、手指箇所に血酸素飽和度信号センサー１０６を置くことで血酸素飽和度を検出すること及び身体或いは腿上に超小型加速度信号センサー１０７を置くことで加速度信号を収集して、動く時の姿勢或いは移動の定量指標とすることを含む。
【００２７】
実施例２  一人の無線マルチセンサーの信号受信
複数の信号センサー１０の信号は、高品質の生体信号分析結果を得るため、同期に発信及び受信しなければならない。本発明においてファームウエアを各信号センサー１０のマイクロコントローラ１３上に焼く。この技術は信号送受信素子１４に及ぶこと以外に、信号受信素子２１が全ての発信信号を受信し、並びに同期化した制御を行う。その他、本発明内の信号センサー１０はフラッシュメモリを内蔵し、長時間に収集した生体信号を保存することで、使用上の柔軟性を増すことができる。
【００２８】
実施例３  一人の無線マルチセンサーの記録
信号センサー１０が収集した信号は、無線伝送方法でその他の信号受信素子２１に伝送、或いは遠隔信号記録計３０内に記録できる。無線方法で信号を伝送することは非常に便利であるが、多くの場所では無線信号の伝送（例：病院）が許容されていない、若しくは環境内にその他の干渉要因により無線信号の伝送品質が悪くなってしまう。本発明内の信号記録計３０は、不揮発性メモリーを利用して得た各種生体信号を記録し、電力システムの中断或いは無線信号の伝送が不良という状況の発生があったとしても、信号記録計３０が記録した信号はやはり影響を受けることなく、またこの生体信号モニタリングシステムの使用柔軟性及び長時間に各種生体信号を収集する可能性を増すことができる。
【００２９】
実施例４  一人の無線マルチセンサーの信号処理原則
信号処理装置２０にある信号処理素子２２は、信号受信時間をｎ等分に分割すると共に番号を割り振ることができる。好適な実施例内で計８個の信号センサー１００〜１０７があり、信号処理素子２２が信号受信時間を８個の時間帯に等分し、番号を０〜７（図４）とし、ただし各時間帯は１つの信号センサー１０が発した信号のみを受信でき、例えば、時間帯０は信号センサー１００が発した信号のみを受信する。時間帯１は信号センサー１０１が発した信号のみを受信する。時間帯２は信号センサー１０２が発した信号のみを受信し、これによって類推する。もしもいずれかの信号センサー１０がその相対する時間帯内で信号を発信した場合、信号受信素子２１が信号を発して、信号を所属する時間帯に誘導できる。同時に信号受信素子２１もフィードバック信号を全ての信号センサー１０に発し、全ての信号センサー１０が正確に同期を維持させる。これにより全体的な同期経過は、信号受信素子２１から指揮され、全ての信号センサー１０が調整を受け、このような処理方法では、信号を長期記録した後もやはり完璧な同期を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】超小型無線生体信号処理装置が、信号センサー及び信号記録計に組み合わせた図である。
【図２】複数の信号センサーが検出した信号を超小型無線生体信号処理装置までに同期伝送した図である。
【図３】超小型無線生体信号処理装置が信号センサーの上に統合された図である。
【図４】信号処理素子が信号受信時間を分割すると共に各異なる信号に対応した見取図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 信号センサー
１１ 電極
１２ 増幅器
１３ マイクロコントローラ
１４ 信号送受信素子
１５ 電源
２０ 超小型無線生体信号処理装置
２１ 信号受信素子
２２ 信号処理素子
３０ 信号記録計
４０ パーソナルコンピュータ
５０ インターネット
６０ GSM携帯電話
１００脳波信号センサー
１０１眼電位信号センサー
１０２筋電信号センサー
１０３温度信号センサー
１０４心電信号センサー
１０５超小型張力信号センサー
１０６血酸素飽和度信号センサー
１０７超小型加速度信号センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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