(57)【要約】本発明は個体との生体電気相互作用を個体の皮膚Iに接触させる場合に可能にするよう形成されるウェアラブル機器に関し、該機器は、第１電気信号によって該相互作用を行うよう形成される電極2を備え、該電極は動きアーチファクト検出手段4を備える。電極アセンブリ1は、個体I上で電気信号を測定する工程及び/又は電気信号を個体に印加する工程によって個体との生体電気相互作用を行うよう形成される電極2を備える。該生体電気相互作用を可能にするために、電極2には電気ケーブル2aが備えられる。本発明によれば、電極2には圧力センサ4が形成される。圧力センサ4は、個体の動きによって電極に加えられる外部の力の垂直力成分を測定するよう形成される。好ましくは、圧力センサ4は、力/圧力感知抵抗器又は容量性圧力センサである。圧力センサは、第２信号として表す電気信号を発生させるよう形成され、第２信号の振幅は圧力荷重に比例する。圧力センサ4には、信号処理の目的で、ケーブル4a、4bが形成される。
2006508752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号によって個体との生体電気相互作用を可能にするウェアラブル機器であって：
該個体の皮膚に接触させて該相互作用を行うよう形成される接触面を有する電極；
を備え；
該電極が：
動きアーチファクト検出手段；
を備え；
該動きアーチファクト検出手段が、通常の動作状態の下で該電極に加えられる外部の力の、該接触面に垂直な成分を判定するよう形成され；
該動きアーチファクト検出手段が更に、第２信号を備えるよう形成され、該第２信号を処理して該第１信号の値を動きアーチファクトに対して補正するよう動きアーチファクト補正手段を備えることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項２】
請求項1記載のウェアラブル機器であって：
該第２信号を解析するよう形成される制御手段；
を備え；
該制御手段が：
所定の事象の発生によって該動きアーチファクト補正手段を駆動させるよう更に形成されることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項３】
請求項2記載のウェアラブル機器であって：
該所定の事象の該発生を該第２信号から導き出す手段；
を備えることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項４】
請求項1乃至3の何れか１つに記載のウェアラブル機器であって：
該動きアーチファクト検出手段が：
該電極の裏面上に形成される圧力センサ；
を備え；
該裏面は該接触面の反対側にあることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項５】
請求項4記載のウェアラブル機器であって：
該圧力センサが：
薄膜；
を備えることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項６】
請求項1乃至5の何れか１つに記載のウェアラブル機器であって：
該動きアーチファクト補正手段が：
線形化エレメント；
を備え；
該線形化エレメントが：
該第２信号の絶対値と、該外部の力との間の関係における非線形性に対して補正するよう形成されることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項７】
請求項1乃至6の何れか１つに記載のウェアラブル機器であって：
該電極が：
乾式のものであることを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項８】
接触面を有する電極を備える電極アセンブリであって：
第１信号によって個体との生体電気相互作用を、該接触面を該個体の皮膚に接触させる場合に可能にするよう形成され；
動きアーチファクト検出手段；
を備え；
該動きアーチファクト検出手段が、通常の動作状態の下で該電極に加えられる外部の力の、該接触面に垂直な成分を判定するよう形成され；
該動きアーチファクト検出手段が、該外部の力に関係する第２信号を備えるよう形成されることを特徴とする電極アセンブリ。
【請求項９】
請求項8記載の電極アセンブリであって：
該アーチファクト検出手段が：
該電極の裏面上に形成される圧力センサ；
を備え；
該裏面が該接触面の反対側にあることを特徴とする電極アセンブリ。
【請求項１０】
請求項9記載の電極アセンブリであって：
該圧力センサが：
薄膜；
を備えることを特徴とする電極アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１信号によって個体との生体電気相互作用を可能にするよう形成されるウェアラブル機器に関し、該機器は、個体の皮膚に接触させて該相互作用を行うよう形成される接触面を有する電極を備え、該電極は動きアーチファクト検出手段を備える。
【０００２】
本発明は更に、接触面を有する電極を備える電極アセンブリに関し、電極アセンブリは、接触面を個体の皮膚に接触させる場合に第１信号によって個体との生体電気相互作用を可能にするよう形成され、この電極アセンブリは動きアーチファクト検出手段を備える。
【背景技術】
【０００３】
本明細書の第１段落に記載されているウェアラブル機器の実施例には公知の記載がある（特許文献１参照。）。この公知の機器は、個体からの電気信号の皮膚取り付け記録を電極アセンブリによって行うのに適している。そのような機器は、個体の生理状態に関する信号の測定を行うのに適している。この公知の機器は特に、個体が固定されていない場合に動作するのに適している。個体上で測定される信号は以下では、第１信号として表す。なお、この公知の機器は、個体との別の種類の生体電気相互作用、すなわち、個体の皮膚に対する電気パルスの印加を行うのに適したものでもある。本願の定義の下では、そのような電気パルスは第１電気信号としても表す。この公知の機器の第１実施例では、第１信号がウェアラブル機器の処理手段によって解析されて生理状態を監視する。この監視は、第１信号の、例えば、絶対値、周波数、又は別の適切な特性に基づいて行うことが可能である。この公知の機器の第２実施例（個体に対する電気信号の印加）では、印加信号の絶対値は該印加前に処理手段によって判定される。電極が個体の動きによってずれる場合に動きアーチファクトが生じ、その結果、第１信号の誤処理をもたらすということが当該技術分野において認識されている。この公知の電極アセンブリは、動きアーチファクト補正を可能にするよう形成される動きアーチファクト検出手段を備える。この公知の機器の動きアーチファクト検出手段は変形センサを備える。変形センサは、電極の表面上に配置され、電極の該領域の一部分に及ぶ。電極の形状における、引っ張りや曲げのような変形は、変形センサ上に信号を発生させる。この公知の機器の処理手段は、変形センサからの信号の信号処理を行って動きアーチファクト補正を行うよう形成される。
【特許文献１】米国特許第５９７８６９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この公知の機器の欠点は２つある。第１に、動きアーチファクト検出手段はその設計が複雑であり、全体としての、機器の製造コストの増大をもたらす。第２に、公知の変形センサは電極アセンブリの小領域のみに及ぶよう形成され、その結果、アーチファクト補正が正確でなくなってしまうが、これは変形センサからの信号が、全体としての電極の形状における変形を常に表す訳ではないからである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、信頼性を有する結果によって動きアーチファクト補正が比較的単純であるウェアラブル機器を備えることにある。
【０００６】
本発明によるウェアラブル・システムでは、動きアーチファクト検出手段は、通常の動作条件の下で電極に加えられる外部の力の、接触面に垂直な成分を判定するよう形成され、動きアーチファクト検出手段は第２信号を備えるよう形成され、第２信号を処理して、第１信号の値を動きアーチファクトに対して補正する動きアーチファクト補正手段を備える。本発明の上記技術手段は、最も顕著な動きアーチファクトが電極を押すことによって生じるという洞察に基づくものである。したがって、垂直な力は、力の斜成分よりも適切な成分である。更に、力を測定するよう形成されるセンサは、費用がかからず、機械的頑健性を有し、アセンブリの重さをそれほど増加させなくても電極に容易に取り付けることが可能である。本発明によるウェアラブル機器のアーチファクト検出手段は、以下で第２信号とも呼ぶ、上記力の垂直成分に関係する信号を測定するよう形成される。第２信号は、動き補正するよう、動きアーチファクト補正手段に利用可能とされる。動き補正が行われた後、第１電気信号は更に処理することが可能であり、その結果、精度の高い、個体との相互作用をもたらす。本発明の意味合いでは、個体との相互作用は、個体上で電気信号を測定する工程及び/又は電気信号を個体に印加する工程を備える。個体上で電気信号を測定する工程の好適実施例は、個体の心筋活動を測定する工程を備える。電気信号を個体に印加する工程の好適実施例は、筋刺激、又は別の目的での電気信号の印加、を行う工程を備える。
【０００７】
本発明による上記機器の実施例は、該機器が、第２信号を解析するよう形成される制御手段を備え、所定の事象が生じると動きアーチファクト補正手段を駆動させるよう更に形成される。本発明によるウェアラブル機器は、ユーザが永続的に身に付けるよう着想されている。よって、ウェアラブル機器のエレクトロニクスの電力消費が最小にされることが好ましい。好ましくは、本発明による上記機器は、要求される場合にのみ動きアーチファ黒補正を行うよう形成される。よって、本発明による上記機器は、好ましくは、所定の事象によって動きアーチファクト補正手段を駆動させる制御手段を備えて形成される。そのような所定の事象の例は、上記機器の外部に備えられる動きアーチファクト補正ボタンの駆動である。あるいは、動きアーチファクト補正手段は、第２信号が許容可能閾値レベルを超える場合に制御手段によって自動的に駆動され得る。2つ以上の閾値レベルが割り当てられることが考えられる。例えば、着席、歩行、ジョギングなどの、ユーザの活動毎に、相当する閾値を割り当て得る。個体の実際の活動に相当する実際の閾値レベルは、例えば、上記機器のメモリ装置に記憶されているルックアップ・テーブルからダウンロードすることが可能である。個体の実際の活動の種類はユーザ・インタフェースによって設定されるか、第１信号から適切な信号処理によって推測されるということが考えられる。ユーザ・インタフェースは、駆動ボタン及び/又は音声認識を備えて形成し得る。
【０００８】
本発明による上記機器の別の実施例では、該機器は、所定の事象の発生を第２信号から導き出す手段を備える。電極に加えられる、外部の力の垂直成分から生じる荷重は、圧力センサによって最も好適に評価される。電極に作用する力の結果、電極と皮膚との境界での電位が変動する。電極に作用する力は主に、電極と皮膚との間の容量を変える。圧力センサの好適実施例は、力感知抵抗器である。ウェアラブル機器のこの実施例によって、電極に作用する力と、その力によって発生する皮膚電位との間の高い相関が判定される。
【０００９】
本発明によるウェアラブル機器のなお別の実施例では、圧力センサが薄膜を備える。電極に作用する力を測定するために、薄膜を電極の裏面上に配置させ得る。好ましくは、圧力センサは、薄膜技術によって製造される薄膜の力/圧力感知抵抗器又は、薄膜技術によって製造される容量性圧力センサを備える。上記圧力感知センサの動作の原理は当該分野において本質的に公知であり、本明細書及び特許請求の範囲では詳細に説明しないこととする。本発明による上記機器では、圧力センサからの出力信号が上記機器の動きアーチファクト補正手段に利用可能とされて、圧力センサからの出力信号の適切な信号処理によって、第１信号における動きアーチファクト削減を行う。動きアーチファクト削減を高精度で行うために、センサの出力信号と動きアーチファクトの絶対値との間の関係の較正が必要である。好適実施例では、信号処理は、動きアーチファクトの絶対値と、圧力センサからの出力信号との関係における非線形性に対する補正を備える。上記関係は適切な信号処理によって線形化される。そのような適切な信号処理の例として、ルックアップ・テーブルによって行われる線形化工程がある。上記機器の動作がマイクロプロセッサによって制御される場合、要求される信号線形化の推定は、上記機器のマイクロプロセッサに記憶されている較正ルックアップ・テーブルからダウンロードすることが可能である。ルックアップ・テーブルは、電極に加えられる外部の力の実際値と、圧力センサからの出力信号との間の非線形関係に対する非線形性補正データを備える。圧力センサからの出力信号が線形化された後、信号の絶対値が更に、動きアーチファクト補正手段に供給される。好ましくは、動きアーチファクト補正手段は適応型フィルタを備える。上記機器の動作は、本発明による上記機器が個体監視作業を行うよう形成される例を用いて示すこととする。第１信号はよって、個体上の電極によって測定される信号、例えばECG信号に相当する。監視されている個体が動いている場合、第１信号の絶対値は動きアーチファクトによって歪んでいる。電極の裏面上に配置される圧力センサは、動きアーチファクトの尺度である第２信号を備える。好ましくは、電極は、個体の皮膚と、電極の測定面との間にゲルを用いることを何ら必要としない、乾式のものである。乾式電極を製造するのに適した材料には、導体の、ゴム、プラスチック又は繊維がある。しかし、圧力センサの出力信号は、動きによって電極に加えられる外部の力に対して常に線形である訳ではない。したがって、本発明による上記機器の実施例では、信号線形化工程が予見される。好ましくは、この線形化工程はルックアップ・テーブルによって行われる。圧力センサからの出力信号が非線形に対して補正された後、出力信号の絶対値が適応型フィルタに供給され、該適応型フィルタでは、適応型雑音除去が行われる。適応型雑音除去の原理は、当該技術分野で本質的に公知である。好ましくは、第２信号の第１信号からの減算が行われる。好ましくは、減算演算はディジタル形式で行われる。
【００１０】
本発明による電極装置では、動きアーチファクト検出手段が、通常の動作条件下で電極に加えられる外部の力の、接触面に垂直な成分を判定するよう形成され、該動きアーチファクト検出手段は外部の力に関係する第２信号を備えるよう形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のこれらの特徴やその他の特徴は添付図面を参照しながら説明することとする。
【実施例】
【００１２】
図1は、本発明による電極アセンブリの実施例の概略を表す。図１の左側の部分はアセンブリ電極を表す一方、右側の部分は電極がそれらの構成部分から組み立てられるそれらの構成部分を表す。電極アセンブリ1は、個体I上で電気信号を測定する工程及び/又は個体に電気信号を印加することによって個体との生体電気相互作用を行うよう形成される電極2を備える。上記生体電気相互作用を可能にするために、電極2には電気ケーブル2aが備えられる。個体からの信号を測定する目的で、ケーブル2aは、適切な信号処理回路（図示せず）が後続するプリアンプの入力に接続される。電気信号を個体に印加する目的で、ケーブル2aは、電力供給源（図示せず）の出力に接続される。相当する電気回路は本質的に公知であり、当業者の知識の範囲内に収まるものである。本発明によれば、電極2には圧力センサ4が形成される。圧力センサ4は、個体の動きによって電極に加えられる外部の力の、垂直力成分を測定するよう形成される。好ましくは、圧力センサ4は、力/圧力感知抵抗器又は容量性圧力センサである。圧力センサは、第２信号と呼ぶ電気信号を発生させるよう形成され、第２信号の振幅は圧力荷重に比例する。圧力センサ4には、信号処理の目的でケーブル４a、4bが形成される。
【００１３】
図2は、制御手段を備える、本発明による上記機器の実施例の概略を表す。電極アセンブリ1には、３つの出力2a、4a、及び4bが備えられる。出力2aは、本発明の上記機器のエレクトロニクス（図示せず）によって処理される対象の第１信号Sを発生させる、電極からの信号出力である。上記で第２信号として定義された、圧力センサの出力4a、4bからの信号は、増幅器8の入力に供給される。動きアーチファクト特有の増幅信号Mは更に、高通過フィルタ10、全波整流器12及び低通過フィルタ14によって処理される。その結果の信号は更に、制御手段16の入力に供給され、制御手段では第２信号が更に処理される。本発明によれば、制御手段16は、所定の事象の発生によって動きアーチファクト補正手段20を駆動させるよう形成される。所定の事象の例としては、ユーザ・インタフェース（図示せず）上の動き補正ボタンの駆動、動きアーチファクト補正を起動させる要求が認識される、ユーザ・インタフェース上の音声認識ルーチンの駆動がある。好適実施例では、事象は、所定の閾値レベルを超える第２信号に相当する。好ましくは、相当する閾値はメモリ装置18に記憶される。事象が発生すると、動きアーチファクト補正手段20が駆動され、動きアーチファクト補正が行われる。この目的で、第１信号Sと処理済第２信号Mとが、動きアーチファクト補正手段20の入力に供給される。
【００１４】
図3は、複数の電極アセンブリ1a、1bが個体（図示せず）に形成される場合の、本発明による動きアーチファクト補正手段の実施例の概略を表す。電極1a及び1bの動きアーチファクトに関係する第２信号M1、M2は、入力増幅器8a、8bによって増幅される。次の工程では、信号M1、M2が、該信号の平均値を得て電極の差異を排除するよう、第１減算手段21によってお互いより減算される。その結果として平均された第２信号Mは第１信号とともに、適応型フィルタ22と第２減算手段24とを備える動きアーチファクト補正手段25によって処理される。その結果信号は、本発明による上記機器の処理手段26に供給される補正第１信号である。好ましくは、動きアーチファクト補正手段は、第２信号M1及びM2の線形化を行う線形化エレメント（図示せず）を備える。線形化第２信号は更に、適応型フィルタ22の線形入力に供給される。
【００１５】
図４は、本発明によるウェアラブル機器の技術的実現形態の実施例を表す。ウェアラブル機器30は、ユーザの生理状態を監視するよう形成される監視手段31を備える。監視手段31は、標的生理状態特有の信号、例えばECG信号を捕まえるよう、ユーザの個体上に形成される対象の電極群31a、31bを備える。電極31a、31bは、通常の動作条件下で電極が経る動きに特有の信号を備えるためにアーチファクト検出手段（図示せず）を備える。更に、監視手段31は、標的生理状態に直接関係しない信号を監視するよう形成されるセンサ32を備え得る。そのようなセンサの例は、血圧センサ又は心拍数センサである。監視手段31は、ユーザの生理状態を連続して監視するよう形成され、更に、相当する信号を、システム30のフロントエンド・エレクトロニクス40に備えるよう形成される、監視手段31及びフロントエンド・エレクトロニクス40は、ユーザの個体に身に付けられ、好ましくは腰に身に付けられる。ウェアラブル機器に適切な担体の例は当該技術分野では本質的に公知である。フロントエンド・エレクトロニクス40は、電極31a、31bからの信号を解析するよう形成される。信号は、動きアーチファクトを何ら備えるものでない場合には、上記のように処理され、さもなければ、フロントエンド・エレクトロニクス40が、例えば図2及び図3に表す実施例によって動きアーチファクト補正を行う。その目的では、フロントエンド・エレクトロニクス40は、プリアンプ41並びにアナログ処理回路42、ADC装置43、検出手段45、及びマイクロプロセッサ44を備える。任意的には、フロントエンド・エレクトロニクス40は、警告手段46及び送信手段47を備える。検出手段45は、センサ信号解釈装置45a及び特徴抽出装置45bを備える。システム30は次のように動作する。すなわち、監視手段31は生データを取得し、その取得データはフロントエンド・エレクトロニクス40に供給される。フロントエンド・エレクトロニクス40は、監視手段から信号を受信する手段を備え、適切なアナログ処理をアナログ処理回路42によって行う。この場合、電極からの信号は動きアーチファクトに対して検査される。アーチファクトを受け入れることが可能であるということを圧力センサからの信号が示す場合、電極からの信号は上記のように処理される。さもなければ、圧力センサからの信号は、電極からの信号のランニング値を補正するのに用いられる。処理済生データは、ADC43によってディジタル形式に変換され、マイクロプロセッサ44によって検出手段45に転送され、検出手段では、ユーザの状態が解析される。心筋アプリケーションでは、検出手段45は、心周期におけるR-Rピーク間隔を判定するよう本質的に公知のQRS検出装置を備える。検出手段45は、ユーザの異常生理状態特有の、信号における特徴を導き出すよう形成されるセンサ信号解釈装置45aを備える。例えば、心筋アプリケーションでは、上記特徴は信号の周波数であり得る。検出手段45が異常状態を検出する場合、信号は警告手段46に送出されて警告を発生させ、発生された警告は送信手段47によって、例えばRFリンクによって送信されて、その場に居合わせた人や、医療の専門職員に警告する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による電極アセンブリの実施例の概略を表す図である。
【図２】制御手段を備える、本発明による機器の実施例の概略を表す図である。
【図３】本発明による動きアーチファクト補正手段の実施例の概略を表す図である。
【図４】本発明によるウェアラブル機器の実施例の概略を表す図である。
【図１】
2006508752.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006508752.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2006508752.tif 000007
2006508752.tif 000008