(57)【要約】      （修正有）【課題】正しく呼吸情報を抽出するための技術を提供する。【解決手段】ユーザの胸部に配置された２つの電極２ａ、２ｂの電位差を計測する生体信号計測装置２００から電位差に関する情報を受け取り、電位差に関する情報から、少なくとも心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知するピーク検知回路７と、ユーザの胸部における２つの電極の位置の情報を取得するインタフェース装置と、２つの電極の位置の情報に基づいてＳ波ピークおよびＴ波ピークの一方を選択する選択回路と、選択回路によって選択されたＳ波ピークまたはＴ波ピークの時系列的な情報から、ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する包絡線処理回路８と、包絡線処理回路８によって抽出された呼吸情報を出力する呼吸情報出力回路９とを備えている。【選択図】図９
2016022293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知する検知回路と、
前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得するインタフェース装置と、
前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択する選択回路と、
前記選択回路によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する処理回路と、
前記処理回路によって抽出された前記呼吸情報を出力する出力回路と
を備えた、生体情報モニタリング装置。
【請求項２】
前記インタフェース装置は、外部から入力された前記２つの電極の位置の情報を取得する、請求項１に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項３】
前記インタフェース装置は、外部から入力された、前記ユーザの心臓の位置の情報をさらに取得する、請求項２に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項４】
前記選択回路は、前記２つの電極が、前記ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部に配置されているか否かによって、前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択する、請求項１から３のいずれかに記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項５】
前記選択回路は、前記２つの電極が、前記ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部に配置されている場合には、前記Ｓ波ピークを選択する、請求項４に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項６】
前記選択回路は、前記２つの電極が、前記ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部に配置されていない場合には、前記Ｔ波ピークを選択する、請求項４に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項７】
前記処理回路は、前記選択回路によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの包絡線を生成し、前記包絡線を利用して前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する、請求項１から６のいずれかに記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項８】
ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、前記電位差に関する情報から心電に含まれる複数のピークを検知する検知回路と、
所定期間内に検知された各ピークの属性情報を抽出する属性抽出回路と、
前記各ピークの属性情報を参照して、前記複数のピークから所定の条件に合致するピーク群を選択する選択回路と、
前記選択回路によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する処理回路と、
前記処理回路によって抽出された前記呼吸情報を出力する出力回路と
を備え、
前記属性情報は、前記各ピークの振幅に関する情報、幅に関する情報、または前記複数のピークのうちで波形に関して共通する特徴を有するピーク群の包絡線に関する情報である、生体情報モニタリング装置。
【請求項９】
前記属性抽出回路は、前記各ピークの振幅および幅に関する情報を前記属性情報として抽出する、請求項８に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項１０】
前記選択回路は、前記各ピークの属性情報を参照して、第１の閾値以上の振幅、および最大の幅を有するピーク群を選択する、請求項９に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項１１】
前記処理回路は、前記選択回路によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から包絡線を生成し、前記包絡線を利用して前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する、請求項１０に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項１２】
前記電位差の計測の開始から所定時間Ｔ１以内に、前記ユーザに所定の呼吸周期Ｔ２を指示するための信号を生成する信号生成回路をさらに備え、
前記属性抽出回路は、前記所定期間内に検知された前記各ピークを、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかに分類し、前記Ｐ波、前記Ｑ波、前記Ｒ波、前記Ｓ波、前記Ｔ波に対応する各包絡線を生成し、
前記選択回路は、呼吸周期Ｔ２との相関が最も高い包絡線を特定し、
前記処理回路は、前記選択回路によって特定された前記包絡線の情報を受け取り、前記包絡線を利用して前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する、請求項８に記載の生体情報モニタリング装置。
【請求項１３】
（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、
（ｂ）前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知し、
（ｃ）前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得し、
（ｄ）前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択し、
（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出し、
（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力する、
生体情報をモニタリングする方法。
【請求項１４】
（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、
（ｂ）前記電位差に関する情報から心電に含まれる複数のピークを検知し、
（ｃ）所定期間内に検知された各ピークの属性情報であって、前記各ピークの振幅に関する情報、幅に関する情報、または前記複数のピークのうちで波形に関して共通する特徴を有するピーク群の包絡線に関する情報である属性情報を抽出し、
（ｄ）前記各ピークの属性情報を参照して、前記複数のピークから所定の条件に合致するピーク群を選択し、
（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出し、
（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力する、
生体情報をモニタリングする方法。
【請求項１５】
生体情報モニタリング装置に設けられたコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに、
（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取らせ、
（ｂ）前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知させ、
（ｃ）前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得させ、
（ｄ）前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択させ、
（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出させ、
（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力させる、
コンピュータプログラム。
【請求項１６】
生体情報モニタリング装置に設けられたコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに、
（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取らせ、
（ｂ）前記電位差に関する情報から心電に含まれる複数のピークを検知させ、
（ｃ）所定期間内に検知された各ピークの属性情報であって、前記各ピークの振幅に関する情報、幅に関する情報、または前記複数のピークのうちで波形に関して共通する特徴を有するピーク群の包絡線に関する情報である属性情報を抽出させ、
（ｄ）前記各ピークの属性情報を参照して、前記複数のピークから所定の条件に合致するピーク群を選択させ、
（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出させ、
（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力させる、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、呼吸を抽出する技術に関する。より具体的には、本願はユーザの身体に装着された複数の電極を利用して生体のインピーダンスを計測し、呼吸に関する情報を抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、長時間にわたってユーザの身体状態を電気的および機械的に計測し、記録する方法が普及しつつある。ユーザの身体状態を表す基本的な電気的情報としては、脳に関連した脳波（ＥＥＧ）や心臓の動きに関連した心電図（ＥＣＧ）が挙げられる。このうち心電図はたとえば病院で基礎的な生体情報（バイタルサイン）として取得される。また、心電図は、心疾患の疑いがある場合にホルター型心電計と呼ばれる携帯型の心電計を用いても取得され得る。ホルター型心電計を用いることで、長時間、例えば２４時間にわたって、自宅等の病院以外の場所で心電図を記録することが可能である。近年、このホルター型心電計の小型化が進み、ユーザはより簡易に心電図を計測可能になってきている。
【０００３】
ホルター型心電計を用いて長時間にわたり心電図を記録することで、病院の短時間の検査では検出できない不整脈等の症状を発見できる。しかしながら、心電図以外にも長時間検査を行うことができれば明らかになる検査項目（症例）がある。例えば、睡眠時無呼吸症候群である。睡眠時無呼吸症候群は、不整脈と関連の深い呼吸器系の疾患である。
【０００４】
睡眠時無呼吸症候群の評価は心電図のみでは行えず、呼吸に関する情報も必要である。現在、睡眠時無呼吸症候群の評価には、心電図や呼吸や脳波を同時に計測する終夜睡眠ポリグラフィー検査が必要である。この検査は病院内に宿泊して実施する必要があり、病院にとっても患者にとっても負担が大きかった。このため、疾患の可能性が疑われるという段階では、このような負担の大きな検査を行うのは現実的ではなかった。
【０００５】
仮に、ホルター型心電計を利用して心電図を取得する程度の簡便さで呼吸器系の疾患に関する情報、具体的には呼吸数に関する情報が得られれば、さらに疾患の早期発見、診断の迅速化につながると考えられる。
【０００６】
これまで簡易に呼吸を計測したい場合には、主にパルスオキシメータという医療機器が用いられてきた。これは動脈血酸素飽和度を調べるための測定器である。動脈血酸素飽和度は指先にプローブと呼ばれるセンサを装着して計測される。この測定器は、赤色の光源（ＬＥＤ）を有しており、ＬＥＤから赤色光を放射し、センサで指の透過光を計測することによって、指の内部の動脈に含まれる酸素の含有量をリアルタイムに計測する。このように、心電図と呼吸の情報の両方が必要な場合には、胸部に心電計のための電極を装着し、指先にパルスオキシメータのプローブを指先に装着する必要があった。
【０００７】
これまで、一つの装置で心電図と呼吸の情報を同時に取得し、心電図の情報を用いて取得したデータから呼吸の情報を分離する取組がなされてきた。一つのアプローチとして、インピーダンス法がある。インピーダンス法では、ユーザの身体に電流を流し、胸部に設置した電極で心電図や呼吸によるインピーダンス変化を計測する。たとえば非特許文献１には、低電流（１０ｎＡ）時の胸部インピーダンスから呼吸情報を抽出する方法が示されている。
【０００８】
非特許文献１に記載された方法の概念を説明する前に、心電の基本成分を説明する。図１は、心電の１周期の基本成分を示す。心電にはＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波というピークがある。ＱＲＳの各波の部分が心室興奮を表す。
【０００９】
図２（ａ）〜（ｃ）は、非特許文献１に記載された方法の概念を示す。計測時には、４つの電極を胸部の真中に装着する（図２（ａ）を参照）。図２（ａ）において、アースを除く、４つに並んだ電極のうち、内側の２つ電極で、電位を計測する。外側の２つの電極間に、低電流（１０ｎＡ）を流す。図２（ｂ）は電位から計測された胸部インピーダンスを示す。非特許文献１では、心電由来成分のＴ波の包絡線を呼吸情報とする。
【００１０】
非特許文献１は、４つの電極を胸部の真中に付けて、胸部インピーダンスを計測している。非特許文献１の実験では、被験者に、「普通呼吸」、「深呼吸」、「無呼吸」、「普通呼吸」という４フェーズの呼吸の仕方をしてもらった。普通呼吸について、周期３秒の呼吸を１５回するように被験者に指示した。深呼吸について、周期５秒の呼吸を８回するように被験者に指示した。無呼吸について、息を３０秒間止めるように被験者に指示した。
【００１１】
図２（ｃ）は、呼吸の抽出結果を示す。包絡線における周期が実際の呼吸と相関がある。また、無呼吸時の振幅が非常に小さく、深呼吸時の振幅も普通呼吸時の振幅より大きいため、抽出された呼吸情報は実際の呼吸を表す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Jeffry Bonar Fernando et. al, "Estimation of respiratory signal from thoracic impedance cardiography in low electrical current", International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, p.3829-3832(2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した従来の技術では、より正しく呼吸を抽出するための技術の向上が必要とされていた。
【００１４】
本願の、限定的ではない例示的なある実施形態は、ユーザが位置を誤って電極を装着した場合であっても、諸事情のため指定された位置に電極を装着できない場合であっても、呼吸に関する生体情報を計測することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様にかかる生体情報モニタリング装置は、ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知する検知回路と、前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得するインタフェース装置と、前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択する選択回路と、前記選択回路によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する処理回路と、前記処理回路によって抽出された前記呼吸情報を出力する出力回路とを備えている。
【００１６】
上述の一般的かつ特定の態様は、システム、装置、方法およびコンピュータプログラムを用いて実装され、またはシステム、装置、方法およびコンピュータプログラムの組み合わせを用いて実現され得る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様にかかる生体情報モニタリング装置によれば、ユーザが位置を誤って電極を装着した場合であっても、諸事情のため指定された位置に電極を装着できない場合であっても、呼吸に関する生体情報を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】心電の１周期の基本成分を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、非特許文献１に記載された方法の概念を示す図である。
【図３】（ａ）は右胸に装着された電極群を示す図であり、（ｂ）は計測された胸部インピーダンスの波形を示す図であり、（ｃ）は計測された胸部インピーダンスを用いて求められたＴ波ピークの包絡線から、呼吸情報を抽出した結果を示す図である。
【図４】（ａ）は右胸に装着された電極群を示す図であり、（ｂ）は計測された胸部インピーダンスの波形を示す図であり、（ｃ）は図３で計測された同一の胸部インピーダンスを用いて求められたＳ波ピークの包絡線を適用する場合の呼吸情報の抽出結果を示す図である。
【図５】（ａ）は胸部中央に電極群を配置したときの配置例を示す図であり、（ｂ）は胸部の中央に配置された電極を用いて計測された胸部インピーダンスの波形を示す図であり、（ｃ）〜（ｇ）はそれぞれＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の包絡線を示す図である。
【図６】（ａ）は右胸に電極群を配置したときの配置例を示す図であり、（ｂ）は胸部の右側に配置された電極を用いて計測された胸部インピーダンスの波形を示す図であり、（ｃ）〜（ｇ）はそれぞれＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の包絡線を示す図である。
【図７】（ａ）は左胸に電極群を配置したときの配置例を示す図であり、（ｂ）は胸部の左側に配置された電極を用いて計測された胸部インピーダンスの波形を示す図であり、（ｃ）〜（ｇ）はそれぞれＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の包絡線を示す図である。
【図８】（ａ）は２端子法の概略的な回路構成を示す図であり、（ｂ）は４端子法の概略的な回路構成を示す図である。
【図９】例示的な実施形態による生体情報モニタリングシステム１００の構成を示す図である。
【図１０】例示的な実施形態による生体情報モニタリングシステム１００の全体の処理フローを示すフローチャートである。
【図１１】検知回路７が心電ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかを選択する処理フローを示すフローチャートである。
【図１２】例示的な実施形態による生体情報モニタリングシステム１０２の構成を示す図である。
【図１３】心電ピークの振幅Ａｍｐ、および幅Ｄを模式的に示す図である。
【図１４】例示的な実施形態による生体情報モニタリングシステム１０２の全体の処理フローを示すフローチャートである。
【図１５】例示的な実施形態による生体情報モニタリングシステム１０４の構成を示す図である。
【図１６】例示的な実施形態の生体情報モニタリングシステム１０４の全体の処理フローを示すフローチャートである。
【図１７】例示的な実施形態１の変形例による生体情報モニタリングシステム１１０の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明者らは、上述した非特許文献１の技術は、さらに正確に呼吸情報を取得することが可能であることを見出した。
【００２０】
たとえば、モニタリング装置を用いて、あるユーザの呼吸情報を取得したいとする。そのユーザが電極を胸部の真中に装着するように指示を受けたとしても、装着位置を誤って電極を装着する場合がある。また、胸部の真中に傷があるというような事情により、そのユーザが電極を胸部の真中に装着できない場合もある。予定された位置に電極が装着されていない場合には、呼吸が正しく抽出されない可能性がある。
【００２１】
（実験による知見）
本願発明者らは、呼吸の情報を正しく抽出するために、種々の実験を行った。そして、その実験の結果から得られた知見に基づいて本願発明をなすに至った。以下では、まず、実験によって得られた知見を説明する。
【００２２】
図３（ａ）は右胸に装着された電極群を示す。被験者の心臓は胸部の左側にあるとしている。
【００２３】
図３（ｂ）は、計測された胸部インピーダンスの波形を示す。計測時に、被験者に周期４秒の呼吸を３２秒間繰り返すように指示した。図３（ｂ）には、Ｔ波の包絡線も示されている。
【００２４】
図３（ｃ）は、計測された胸部インピーダンスから求められたＴ波ピークの包絡線から、呼吸情報を抽出した結果を示す。破線の間が呼吸１周期を表し、呼吸の情報が正しく抽出されているとすれば、本来１つのピークが観測されるはずである。しかし、多くの呼吸周期においては複数のピークが観測されている。
【００２５】
本願発明者らはその理由を検討した。考えられる理由として、Ｔ波の振幅が非常に小さくなったためであると推測される。これは、電極位置が心臓から離れたため、インピーダンスにおける心電由来の成分が胸部の真中に装着したときよりも全体的に小さくなったことに起因すると考えられる。つまり、Ｔ波の振幅がセンサのノイズレベルに近づくため、ピーク値がノイズに埋もれやすい。
【００２６】
図４（ａ）は右胸に装着された電極群を示す。また、図４（ｂ）は、計測された胸部インピーダンスの波形を示す。実験の条件は、図３に関連する実験の条件と同じであるとする。図３（ｂ）とは異なり、図４（ｂ）にはＳ波の包絡線が示されている。
【００２７】
図４（ｃ）は、図３で計測された同一の胸部インピーダンスから求められたＳ波ピークの包絡線に対して、Ｓ波ピークの包絡線を適用する場合の呼吸情報の抽出結果を示す。１周期ごとに１つのみのピークが存在し、実際の呼吸を表す。
【００２８】
次に、本願発明者らは、電極位置の違いによって、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のピークの包絡線がどの程度正確に実際の呼吸を表すかを調べた。電極位置の３箇所（胸部の真中、右側、左側）に変えながら、被験者に周期４秒の呼吸を３２秒間するように指示した。なお、被験者の心臓は胸部の左側にあるとしている。
【００２９】
図５（ａ）、図６（ａ）、および図７（ａ）は、それぞれ、胸部中央、右胸、左胸に電極群を配置したときの配置例を示す。
【００３０】
図５（ｂ）は、胸部の中央に配置された電極を用いて計測された胸部インピーダンスの波形を示す。図５（ｃ）〜図５（ｇ）はそれぞれＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の包絡線を示す。図５（ｇ）のＴ波の包絡線が最も実際の呼吸を表していると判断される。Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の中では、ピークの振幅が大きいのは、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波である。Ｔ波ピークの幅が他の２つのピークの幅より大きいため、正しいピーク値がより安定的にサンプリングされると考えられる。
【００３１】
図６（ｂ）は、胸部の右側に配置された電極を用いて計測された胸部インピーダンスの波形を示す。図６（ｃ）〜図６（ｇ）はそれぞれＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の包絡線を示す。図６（ｆ）のＳ波の包絡線が最も実際の呼吸を表していると判断される。電極位置が胸部の右側にある場合、インピーダンスにおける心電由来の成分が全体的に胸部の真中に装着したときより小さくなる。つまりＴ波の振幅も非常に小さくなる。Ｔ波の振幅がセンサのノイズレベルに近づくため、ピーク値がノイズに埋もれやすい。Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の中では、ピークの振幅が大きいのは、Ｒ波、Ｓ波である。Ｓ波ピークの幅がＲ波ピークの幅より大きいため、正しいピーク値がより安定的にサンプリングされると考えられる。
【００３２】
図７（ｂ）は、胸部の左側に配置された電極を用いて計測された胸部インピーダンスの波形を示す。図７（ｃ）〜図７（ｇ）はそれぞれＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の包絡線を示す。図７（ｇ）のＴ波の包絡線が最も実際の呼吸を表していると判断される。Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の中では、ピークの振幅が大きいのは、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波である。Ｔ波ピークの幅が他の３つのピークの幅より大きいため、正しいピーク値がより安定的にサンプリングされると考えられる。
【００３３】
上述の実験の結果、本願発明者らは、電極群がユーザの胸部のどの位置に配置されているかによって、呼吸情報を反映する成分が変化する、という知見を得るに至った。
【００３４】
本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
【００３５】
本発明の一態様である生体情報モニタリング装置は、ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知する検知回路と、前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得するインタフェース装置と、前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択する選択回路と、前記選択回路によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する処理回路と、前記処理回路によって抽出された前記呼吸情報を出力する出力回路とを備えている。
【００３６】
前記インタフェース装置は、外部から入力された前記２つの電極の位置の情報を取得する。
【００３７】
前記インタフェース装置は、外部から入力された、前記ユーザの心臓の位置の情報をさらに取得する。
【００３８】
前記選択回路は、前記２つの電極が、前記ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部に配置されているか否かによって、前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択する。
【００３９】
前記選択回路は、前記２つの電極が、前記ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部に配置されている場合には、前記Ｓ波ピークを選択する。
【００４０】
前記選択回路は、前記２つの電極が、前記ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部に配置されていない場合には、前記Ｔ波ピークを選択する。
【００４１】
前記処理回路は、前記選択回路によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの包絡線を生成し、前記包絡線を利用して前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する。
【００４２】
本発明の他の一態様である生体情報モニタリング装置は、ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、前記電位差に関する情報から心電に含まれる複数のピークを検知する検知回路と、所定期間内に検知された各ピークの属性情報を抽出する属性抽出回路と、前記各ピークの属性情報を参照して、前記複数のピークから所定の条件に合致するピーク群を選択する選択回路と、前記選択回路によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する処理回路と、前記処理回路によって抽出された前記呼吸情報を出力する出力回路とを備え、前記属性情報は、前記各ピークの振幅に関する情報、幅に関する情報、または前記複数のピークのうちで波形に関して共通する特徴を有するピーク群の包絡線に関する情報である。
【００４３】
前記属性抽出回路は、前記各ピークの振幅および幅に関する情報を前記属性情報として抽出する。
【００４４】
前記選択回路は、前記各ピークの属性情報を参照して、第１の閾値以上の振幅、および最大の幅を有するピーク群を選択する。
【００４５】
前記処理回路は、前記選択回路によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から包絡線を生成し、前記包絡線を利用して前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する。
【００４６】
前記生体情報モニタリング装置は、前記電位差の計測の開始から所定時間Ｔ１以内に、前記ユーザに所定の呼吸周期Ｔ２を指示するための信号を生成する信号生成回路をさらに備え、前記属性抽出回路は、前記所定期間内に検知された前記各ピークを、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかに分類し、前記Ｐ波、前記Ｑ波、前記Ｒ波、前記Ｓ波、前記Ｔ波に対応する各包絡線を生成し、前記選択回路は、呼吸周期Ｔ２との相関が最も高い包絡線を特定し、前記処理回路は、前記選択回路によって特定された前記包絡線の情報を受け取り、前記包絡線を利用して前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する。
【００４７】
本発明のさらに他の一態様である生体情報をモニタリングする方法は、（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、（ｂ）前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知し、（ｃ）前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得し、（ｄ）前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択し、（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出し、（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力する。
【００４８】
本発明のさらに他の一態様である生体情報をモニタリングする方法は、（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取り、（ｂ）前記電位差に関する情報から心電に含まれる複数のピークを検知し、（ｃ）所定期間内に検知された各ピークの属性情報であって、前記各ピークの振幅に関する情報、幅に関する情報、または前記複数のピークのうちで波形に関して共通する特徴を有するピーク群の包絡線に関する情報である属性情報を抽出し、（ｄ）前記各ピークの属性情報を参照して、前記複数のピークから所定の条件に合致するピーク群を選択し、（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出し、（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力する。
【００４９】
本発明のさらに他の一態様であるコンピュータプログラムは、生体情報モニタリング装置に設けられたコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに、（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取らせ、（ｂ）前記電位差に関する情報から、少なくとも、心電のＳ波ピークおよびＴ波ピークを検知させ、（ｃ）前記ユーザの胸部における前記２つの電極の位置の情報を取得させ、（ｄ）前記２つの電極の位置の情報に基づいて前記Ｓ波ピークおよび前記Ｔ波ピークの一方を選択させ、（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記Ｓ波ピークまたは前記Ｔ波ピークの時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出させ、（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力させる。
【００５０】
本発明のさらに他の一態様であるコンピュータプログラムは、生体情報モニタリング装置に設けられたコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに、（ａ）ユーザの胸部に配置された２つの電極の電位差を計測する計測装置から、電位差に関する情報を受け取らせ、（ｂ）前記電位差に関する情報から心電に含まれる複数のピークを検知させ、（ｃ）所定期間内に検知された各ピークの属性情報であって、前記各ピークの振幅に関する情報、幅に関する情報、または前記複数のピークのうちで波形に関して共通する特徴を有するピーク群の包絡線に関する情報である属性情報を抽出させ、（ｄ）前記各ピークの属性情報を参照して、前記複数のピークから所定の条件に合致するピーク群を選択させ、（ｅ）前記（ｄ）によって選択された、前記ピーク群の時系列的な情報から、前記ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出させ、（ｆ）前記（ｅ）によって抽出された前記呼吸情報を出力させる。
【００５１】
以下、実施形態の説明に先立って、胸部インピーダンスを計測するための構成を説明する。図８（ａ）は２端子法の概略的な回路構成を示す図であり、図８（ｂ）は４端子法の概略的な回路構成を示す図である。Ｚは計測する対象のインピーダンス、Ｒ１〜Ｒ４は電極と皮膚との接触インピーダンスを表す。図面上の「○」が電極に相当する。
【００５２】
図８（ａ）の２端子法では、Ｚ＋Ｒ１＋Ｒ２が計測される。一方、図８（ｂ）の４端子法では、Ｚのみが計測される。そのため、胸部インピーダンスを計測する際に、電極と皮膚との接触インピーダンスの影響を排除したい場合には、４端子法が用いられる。つまり、４端子法の方で計測したインピーダンスの方が２端子法で計測したそれよりも精度が高いと言える。
【００５３】
胸部インピーダンスの変化は、心臓の活動（心拍）と肺の活動（呼吸）に依拠している。心臓の活動（心拍）によってインピーダンスが変化する理由は、心臓が収縮と拡張という機械的な活動を行う際に、心筋細胞が電気的に興奮（脱分極）し、復帰（再分極）するためである。この心筋細胞の電気的な変化が、インピーダンスの変化を引き起こす。一方、肺の活動（呼吸）によってインピーダンスが変化する理由は以下のとおりである。すなわち、吸気時には肺胞内に空気が取り込まれて、電流が流れにくくなる。その結果、インピーダンスが高くなる。一方、呼気時には空気が排出されて、電流が流れやすくなる。その結果、インピーダンスが低くなる。両手に電極を接着させてインピーダンスを計測した場合、両手間のインピーダンスには、心拍による変化と呼吸による変化が現れる。
【００５４】
以下に説明する実施形態では、ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部を、右胸であるとして説明する。ユーザの心臓の位置が右胸に存在する場合には、ユーザの心臓の位置とは反対側の胸部は左胸になる。
【００５５】
なお、人間の心臓の位置は体のほぼ中央に位置する、という見解も存在する。その見解に基づけば、本願明細書の「ユーザの心臓の位置」とは、血液を大動脈に送り出す心室（典型的には左心室）が存在する側の位置を言うとする。当該心室側の筋肉が発達していることにより、その筋肉の収縮および拡張が心電として強く得られるからである。
【００５６】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示による実施形態を説明する。以下の各実施の形態では、主として、上述した２端子法によって心電を計測する構成を説明する。ただし４端子法によって心電を計測することも可能である。参考のため、図１７に４端子法によって心電を計測する構成も例示した。当該構成は実施の形態１の構成に対応するが、実施の形態２および３に関しても同様である。
【００５７】
（実施形態１）
（生体情報モニタリングシステム構成）
図９は、本実施形態による生体情報モニタリングシステム１００の構成を示す。
【００５８】
生体情報モニタリングシステム１００は、データ蓄積装置６と、生体信号計測装置２００と、生体情報モニタリング装置３００とを有する。
【００５９】
生体信号計測装置２００は、電極２ａおよび２ｂおよび電位計測回路５を有する。生体信号計測装置２００のハードウェアとしての実現形態は、たとえばユーザ１の胸部に装着する電極付の電位センサである。なお、本明細書では、電極２ａおよび２ｂは生体信号計測装置２００の構成要素であるとして説明しているが、生体信号計測装置２００の構成要素でなくてもよい。
【００６０】
電位計測回路５は、電極２ａおよび２ｂを利用して電位差に関する情報を取得する。電位差に関する情報は、２つの電極の間の電位差を示す値であってもよいし、インピーダンス値であってもよい。後者の例では、電源を設けて２つの電極と電気的に接続し、電極に電位を印加した状態で、２つの電極間の電位差を利用してインピーダンス値を計測しても良い。インピーダンス値は、２つの電極で計測された電位を、印加した電流値で除算することによって得られる。
【００６１】
電極２ａおよび２ｂは、ユーザの胸部に配置される。例えば、ユーザの胸部は、胸部の中心線により、第１の領域及び第２の領域に分けられる。本明細書では、電極２ａおよび２ｂの位置は、第１の領域、第２の領域または、胸部の中心線近傍の領域に設けられることを想定している。たとえば第１の領域はいわゆる左胸、第２の領域はいわゆる右胸、中心線近傍の領域は胸部のほぼ真中である。
【００６２】
なお、本明細書では、ユーザの心臓位置との関係で、電極位置を説明することもある。たとえば、「電極２ａおよび２ｂが心臓と反対側の領域に配置されている。」という表現は、心臓が第１の領域に位置する場合には、電極２ａおよび２ｂが第１の領域と反対側の第２の領域に配置されることを意味する。このときの「第１の領域」は、典型的には左胸であるが、ユーザによっては右胸の場合もあり得る。
【００６３】
なお、付加的にアース電極（たとえば図２（ａ）〜図７（ａ））を設け、電極２ａとアース間の電位差、および電極２ｂとアース間の電位差を求め、それらの差を電位差として求めてもよい。
【００６４】
電位計測回路５は、計測した電位差、またはインピーダンスの値を、電位差に関する情報として取得する。この情報は生体情報モニタリング装置３００に送られる。
【００６５】
生体情報モニタリング装置３００は、ピーク検知回路７と、包絡線処理回路８と、呼吸情報出力回路９と、ピーク選択回路１０と、インタフェース装置１１とを有する。
【００６６】
ピーク検知回路７（以下、「検知回路７」と記述する。）は、生体信号計測装置２００によって取得された電位差に関する情報、たとえば胸部の電位差の情報を受け取る。検知回路７は、その情報に基づいて、心電のピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波を検知する。この例ではＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波を挙げているが、少なくともＴ波またはＳ波が取得できればよい。
【００６７】
なお、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波は、それ自体がピークを意味するものであるが、ピークであることをより直接的に示すため、本明細書では、たとえばＳ波ピーク、やＴ波ピークのように表現することもある。
【００６８】
以下、Ｓ波ピークおよびＴ波ピークの検出方法の例を説明する。Ｓ波ピークおよびＴ波ピークは図１に示す波形例における極小値または極大値として得られる。図１に示す波形は、たとえば電極２ａおよび２ｂを入れ替えると反転し得るため、その場合には極小値または極大値を入れ替えて読み替える必要があることに留意されたい。
【００６９】
Ｓ波ピークの検知方法の例は以下のとおりである。
【００７０】
例Ｓ−１：
検知回路７は、生体信号計測装置２００によって取得された電位差に関する情報から、心電の一周期における、予め定められた閾値（たとえば図１の破線Ａの値）以下のピークの極小値を、Ｓ波ピークとして検知する。
【００７１】
例Ｓ−２：
検知回路７は、生体信号計測装置２００によって取得された電位差に関する情報から、心電の一周期内のＲ波を検知し、Ｒ波の後の極小値を、Ｓ波ピークとして検知する。検知回路７は、予め定められた閾値（たとえば図１の破線Ｂの値）以上のピークを有する波形をＲ波として特定し得る。
【００７２】
Ｔ波ピークの検知方法の例は以下のとおりである。
【００７３】
例Ｔ−１：
検知回路７は、生体信号計測装置２００によって取得された電位差に関する情報から、上述のいずれかの方法によって検知されるＳ波ピークの後の極大値を、Ｔ波ピークとして検知する。
【００７４】
例Ｔ−２：
検知回路７は、生体信号計測装置２００によって取得された電位差に関する情報から、心電の一周期内のＲ波を検知し、Ｒ波の後の極大値を、Ｔ波ピークとして検知する。検知回路７は、予め定められた閾値（たとえば図１の破線Ｂの値）以上のピークを有する波形をＲ波として特定し得る。
【００７５】
なお、Ｓ波のさらに他の検出方法も考えられる。
【００７６】
例Ｓ−３：
検知回路７は、生体信号計測装置２００によって取得された電位差に関する情報から、心電の一周期内のＲ波およびＴ波を検知し、Ｒ波およびＴ波の間に存在する、Ｒ波およびＴ波とは逆の極性のピークをＳ波ピークとして検知してもよい。
【００７７】
検知回路７のハードウェアとしての実現形態は、電位センサでもよいし、ＰＣ、スマートフォン、タブレットであってもよい。ＰＣ、スマートフォン、タブレットのＣＰＵ（プロセッサ；以下同じ）は、インストールされているソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することにより、電位計測回路５から、有線または無線で送信された電位差に関する情報を受け取って、ソフトウェアに基づく情報処理によってＳ波ピーク、Ｔ波ピーク等を検知する。
【００７８】
包絡線処理回路８（以下、「処理回路８」と記述する。）は、検知回路７で検知されたＳ波ピークまたはＴ波ピークの時系列的な情報から、ユーザの呼吸に関する呼吸情報を抽出する。より具体的には、処理回路８は、Ｓ波ピーク間またはＴ波ピーク間を、それぞれスプライン曲線で補間することによって、包絡線を生成する。生成されたＳ波ピーク、またはＴ波ピークの包絡線を呼吸情報とする。Ｓ波ピークまたはＴ波ピークのいずれを用いて包絡線を生成するかは、後述するピーク選択回路１０による選択の結果に依存する。
【００７９】
なお、処理回路８はさらに他の方法によって呼吸情報を抽出してもよい。たとえばＳ波ピークおよびＴ波ピークが周期的に得られている場合において、ユーザの動きに起因して電極が一時的に浮いてしまい、ある特定のピークが消えてしまう場合がある。その場合には、処理回路８は、Ｓ波ピークまたはＴ波ピークの各々に相当する時刻を特定し、その時刻の前後における測定値を用いて、そのピーク値に代わる代表値を算出し、その代表値から呼吸成分の曲線を計算してもよい。代表値として、たとえばこれまでのＳ波ピークまたはＴ波ピークの平均値を用いてもよい。
【００８０】
処理回路８のハードウェアとしての実現形態は、電位センサでもよいし、ＰＣ、スマートフォン、タブレットであってもよい。ＰＣ、スマートフォン、タブレットのＣＰＵは、インストールされているソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することにより、ソフトウェアに基づく情報処理によって呼吸情報（包絡線）を抽出すればよい。
【００８１】
呼吸情報出力回路９（以下、「出力回路９」と記述する。）は、処理回路８で生成された呼吸情報を出力する。出力の形態は、たとえば画面等への視覚的な出力であってもよいし、有線または無線による送信であってもよい。後者の例では、データ蓄積装置６に呼吸情報が蓄積され得る。
【００８２】
出力回路９のハードウェアとしての実現形態は、表示装置、通信回路、通信インタフェースである。
【００８３】
ピーク選択回路１０（以下、「選択回路１０」と記述する。）は、後述のインタフェース装置１１によって取得されたユーザの心臓に対する電極位置によって、心電ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかを選択する。本実施の形態では、電極２ａおよび２ｂが心臓の位置とは反対側の胸部に配置されている場合にはＳ波を選択し、それ以外の関係の場合にはＴ波を選択する。
【００８４】
選択回路１０のハードウェアとしての実現形態は、電位センサでもよいし、ＰＣ、スマートフォン、タブレットであってもよい。ＰＣ、スマートフォン、タブレットのＣＰＵは、インストールされているソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することにより、ソフトウェアに基づく情報処理によってユーザの心臓の位置に対する電極位置に応じて、Ｓ波またはＴ波を選択すればよい。
【００８５】
インタフェース装置１１（以下、「Ｉ／Ｆ装置１１」と記述する。）は、ユーザの胸部における電極２ａおよび２ｂの位置の情報を取得する。Ｉ／Ｆ装置１１はさらに、ユーザの心臓の位置の情報を取得することもできる。電極位置および心臓位置は、たとえば、左胸、右胸、胸部の真中のいずれかによって特定されればよい。
【００８６】
一般に、人の心臓の位置は左胸であると言われている。したがって、Ｉ／Ｆ装置１１は、常にユーザの心臓の位置の情報を取得する必要はない。生体情報モニタリングシステム１００が心臓の位置が右胸にあるユーザに使用される場合にのみ、Ｉ／Ｆ装置１１はユーザの心臓の位置の情報を取得すればよい。Ｉ／Ｆ装置１１が心臓の位置の情報を取得しない場合には、生体情報モニタリング装置３００は、ユーザの心臓の位置は左胸であるとして、処理を行うことが可能である。この場合には、Ｉ／Ｆ装置１１は、ユーザの胸部における電極２ａおよび２ｂの位置の情報を取得できればよい。
【００８７】
Ｉ／Ｆ装置１１は、タッチスクリーン、キーボード、マウスなどの入力装置であってもよいし、あるいは、外部機器を接続するために生体情報モニタリング装置３００に設けられた端子であってもよい。後者の例は、たとえば生体情報モニタリング装置３００をネットワークに接続するためのイーサネット（登録商標）端子である。キーボード、マウス等の入力装置が生体情報モニタリング装置３００の構成要素ではないとする場合には、Ｉ／Ｆ装置１１はたとえばＵＳＢ端子、ＰＳ／２端子であり得る。
【００８８】
なお、Ｉ／Ｆ装置１１が通信端子として実現される場合には、Ｉ／Ｆ装置１１と出力回路９とを統一することもできる。
【００８９】
データ蓄積装置６は、たとえば記録媒体および／または記録媒体を備えた記録装置であり、出力回路９から送信された呼吸情報を蓄積する。記録媒体は、半導体記録媒体、磁気記録媒体、光学式記録媒体などが考えられる。
【００９０】
（全体の処理フロー）
図１０は、本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の全体の処理フローを示す。
【００９１】
＜ステップＳ１０１＞
生体信号計測装置２００のＩ／Ｆ装置１１は、ユーザから、少なくとも電極２ａおよび２ｂの位置を特定する情報を受け取る。電極２ａおよび２ｂの位置は、たとえば電極２ａおよび２ｂの位置が胸部の真中か右胸か左胸かによって特定される。Ｉ／Ｆ装置１１はさらに、心臓の位置が左胸か右胸かを特定する情報をユーザから受け取ってもよい。心臓の位置に関する入力は「右」と「左」である。電極位置に関する入力は「真中」、「右」と「左」である。
【００９２】
＜ステップＳ１０２＞
選択回路１０は、ステップＳ１０１で検知されたユーザの心臓に対する電極位置によって、心電ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかを選択する。上述のように、本実施の形態では、電極２ａおよび２ｂが心臓の位置とは反対側の胸部に配置されている場合にはＳ波を選択し、それ以外の関係の場合にはＴ波を選択する。
【００９３】
＜ステップＳ１０３＞
電位計測回路５は、ユーザの胸部に配置された２つの電極２ａおよび２ｂの電位差を計測し、電位差に関する情報を生成する。なお、このステップＳ１０３は、ステップＳ１０１の前に行われてもよいし、ステップＳ１０１とＳ１０２との間に行われてもよい。
【００９４】
＜ステップＳ１０４＞
検知回路７は、ステップＳ１０３で生成された電位差に関する情報から、心電ピークを検知する。心電ピーク検知方法によっては、Ｓ波ピークやＴ波ピークを検知するために、まずＲ波ピーク等を検知する必要がある。検知回路７は、それらのピーク検知動作を行う。
【００９５】
＜ステップＳ１０５＞
処理回路８は、ステップＳ１０４で検知された心電ピークの時系列のうちから、ステップＳ１０２で選択されたＳ波ピークまたはＴ波ピークを抽出し、呼吸情報を生成する。より具体的には、処理回路８は、各Ｓ波ピークまたは各Ｔ波ピークの心電ピーク同士の間をスプライン曲線で補間することによって包絡線を生成する。生成された包絡線が呼吸情報である。
【００９６】
＜ステップＳ１０６＞
出力回路９は、ステップＳ１０５で作成された呼吸情報を出力する。出力形態として、画面等に表示してもよいし、記録媒体に記録してもよい。
【００９７】
次に、上述のステップＳ１０２にかかる、ユーザの心臓に対する電極位置によって心電ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかを選択する処理を詳細に説明する。
【００９８】
図１１は、検知回路７が心電ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかを選択する処理フローを示す。
【００９９】
＜ステップＳ１０２１＞
選択回路１０は、Ｉ／Ｆ装置１１を介したユーザの入力によって、ユーザの心臓が胸部の左側にあるか否かを判断する。デフォルトの値として、心臓が胸部の左にある。心臓が胸部の左側にある場合、処理はステップＳ１０２２に進む。そうでない場合、つまりユーザの心臓が胸部の右側にあると入力された場合には、処理はステップＳ１０２３に進む。
【０１００】
＜ステップＳ１０２２＞
ステップＳ１０２１で心臓が胸部の左側にあると判断された場合、選択回路１０は、電極位置が胸部の右側にある否かを判断する。つまり、選択回路１０は、電極位置が心臓の位置と反対側にあるか否かを判断する。電極位置が胸部の右側にある場合、処理はステップＳ１０２４に進む。そうでない場合、処理はステップＳ１０２５に進む。
【０１０１】
＜ステップＳ１０２３＞
ステップＳ１０２１で心臓が胸部の右側にあると判断された場合、選択回路１０は、電極位置が胸部の左側にある否かを判断する。つまり、選択回路１０は、電極位置が心臓の位置と反対側にあるか否かを判断する。電極位置が胸部の左側にある場合、処理はステップＳ１０２６に進む。そうでない場合、処理はステップＳ１０２７に進む。
【０１０２】
＜ステップＳ１０２４＞
ステップＳ１０２２で電極位置が胸部の右側にあると判断された場合、検知回路７は、Ｓ波ピークを選択し、処理を終了する。
【０１０３】
＜ステップＳ１０２５＞
ステップＳ１０２２で電極位置が胸部の真中か左側にあると判断された場合、検知回路７は、Ｔ波ピークを選択し、処理を終了する。
【０１０４】
＜ステップＳ１０２６＞
ステップＳ１０２３で電極位置が胸部の左側にあると判断された場合、検知回路７は、Ｓ波ピークを選択し、処理を終了する。
【０１０５】
＜ステップＳ１０２７＞
ステップＳ１０２３で電極位置が胸部の真中か右側にあると判断された場合、検知回路７は、Ｔ波ピークを選択し、処理を終了する。
【０１０６】
上述の処理により、検知回路７はＳ波ピークまたはＴ波ピークを選択する。これにより、図１０のステップＳ１０５において、その選択結果に対応するピーク群（ピークの時系列）から呼吸情報が生成される。
【０１０７】
（実施形態２）
本実施の形態にかかる生体情報モニタリング装置は、ユーザから電極の位置の情報を取得しなくても、適切な呼吸情報を含むピーク群を選択することが可能である。生体情報モニタリング装置は、心電の各ピーク（Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波）における振幅と幅を用いて、ピーク群を選択する。
【０１０８】
（生体情報モニタリングシステム構成）
図１２は、本実施形態による生体情報モニタリングシステム１０２の構成を示す。生体情報モニタリングシステム１０２は、データ蓄積装置６と、生体信号計測装置２００と、生体情報モニタリング装置３０２とを備えている。データ蓄積装置６および生体信号計測装置２００の構成および動作は、実施の形態１と同じである。よって、同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１０９】
生体情報モニタリング装置３０２は、検知回路７と、処理回路８と、出力回路９と、選択回路１０と、ピーク属性抽出回路１２とを備えている。
【０１１０】
これらのうち、以下ではピーク属性抽出回路１２（以下「抽出回路１２」と記述する。）の構成および動作を詳細に説明する。検知回路７、処理回路８、出力回路９、および選択回路１０の構成および動作は、実施の形態１の生体情報モニタリング装置３００に関連して説明したため、その説明は省略する。なお、これらの構成要素のうち、抽出回路１２の導入に関連して動作が変更され、または追加される場合には、その動作を適宜説明する。
【０１１１】
抽出回路１２は、所定期間内に検知された各ピークの属性情報を抽出する。属性情報とは、本実施形態においては、各ピークの振幅に関する情報、および幅に関する情報を意図している。
【０１１２】
以下、本実施の形態にかかる抽出回路１２の動作を説明する。
【０１１３】
抽出回路１２は、検知回路７で検知された各ピークの振幅および幅の情報を属性情報として取得する。本実施の形態においては、検知回路７はＴ波ピークまたはＳ波ピークのみならず、たとえばＰ波、Ｑ波、Ｒ波を検出してもよい。
【０１１４】
図１３は、ピークの振幅Ａｍｐ、および幅Ｄを模式的に示す。抽出回路１２は、検知された各ピークに関して、振幅Ａｍｐ、および幅Ｄの情報を取得する。
【０１１５】
抽出回路１２のハードウェアとしての実現形態は、電位センサでもよいし、ＰＣ、スマートフォン、タブレットであってもよい。ＰＣ、スマートフォン、タブレットのＣＰＵは、インストールされているソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することにより、検知回路７によって検知され、有線または無線で送信された、波のピークの情報を受け取る。そして、ＣＰＵは、ソフトウェアに基づく情報処理によって、上述の属性情報を取得する。
【０１１６】
選択回路１０は、抽出回路１２によって抽出された各波の属性情報を利用して、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかを選択する。より具体的に説明する。まず、選択回路１０は、予め用意された所定閾値Ａｍｐ＿ｔｈ１および幅Ｄ＿ｔｈ１を保持している。選択回路１０は、抽出回路１２によって抽出された各波の属性情報を利用して、得られた各波の振幅および幅と、所定閾値Ａｍｐ＿ｔｈ１および幅Ｄとを比較し、振幅が所定閾値Ａｍｐ＿ｔｈ１以上かつ幅が最も広いピークを選択する。幅が最も広いピークを選択する理由は、幅が広いピークほど、安定して検出することができるからである。
【０１１７】
処理回路８は、選択回路１０によって選択されたピーク群の時系列的な情報を取得し、隣接するピーク間をスプライン曲線で補間することによって、包絡線を生成する。生成された包絡線を呼吸情報とする。
【０１１８】
なお、呼吸情報の他の生成方法として、実施の形態１において説明した代表値を利用する方法を使用してもよい。
【０１１９】
（全体の処理フロー）
図１４は、本実施形態による生体情報モニタリングシステム１０２の全体の処理フローを示す。
【０１２０】
＜ステップＳ２０１＞
電位計測回路５は、ユーザの胸部に配置された２つの電極２ａおよび２ｂから電位差を計測する。
【０１２１】
＜ステップＳ２０２＞
検知回路７は、計測開始から所定時間Ｔ１以内の心電の各ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波を検知する。所定時間Ｔ１は、複数の拍動周期を十分含む時間である。複数の拍動周期に亘って各ピークを継続的に検知することにより、検知精度をより高くすることができる。
【０１２２】
＜ステップＳ２０３＞
抽出回路１２は、時間Ｔ１以内に検知された心電の各ピークの振幅Ａｍｐ（図１３）を取得する。それぞれのピークにおいて、時間Ｔ１以内に２つ以上存在する場合も考えられる。その場合には、抽出回路１２はそれらの平均値を取ればよい。
【０１２３】
Ｔ１以内に検知されたピークの中で、波形の乱れに影響されたピーク（外れ値）も存在する可能性がある。平均値の計算に外れ値を除外するために、一回それらの平均値と標準偏差を求める。求められた平均値を基準に、所定の係数をかけた標準偏差（例えば３×標準偏差）離れた振幅の値のみを抽出する。抽出された振幅の値から平均値を再計算する。
【０１２４】
＜ステップＳ２０４＞
抽出回路１２は、Ｔ１以内に検知された心電の各ピークの幅Ｄ（図１３）を取得する。それぞれのピークにおいて、時間Ｔ１以内に２つ以上存在する場合も考えられる。その場合には、抽出回路１２はそれらの平均値を取ればよい。それぞれのピークにおいて、Ｔ１以内に２つ以上ある場合、その平均値を取る。
【０１２５】
Ｔ１以内に検知されたピークの中で、波形の乱れに影響されたピーク（外れ値）も存在する可能性がある。平均値の計算に外れ値を除外するために、一回それらの平均値と標準偏差を求める。求められた平均値を基準に、所定の係数をかけた標準偏差（例えば３×標準偏差）離れた幅の値のみを抽出する。抽出された幅の値から平均値を再計算する。
【０１２６】
＜ステップＳ２０５＞
選択回路１０は、ステップＳ２０３で取得された振幅が所定閾値Ａｍｐ＿ｔｈ１以上のピークを選択する。このピークは、心電ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のいずれかである。
【０１２７】
＜ステップＳ２０６＞
選択回路１０は、ステップＳ２０５で選択されたピークから、ステップＳ２０４で取得された幅が最も大きいピークをさらに選択する。選択したピークを特定する情報は選択回路１０から処理回路８に送信される。
【０１２８】
＜ステップＳ２０７＞
処理回路８は、ステップＳ２０１で計測された胸部の電位差から、ステップＳ２０６で選択されたピーク群を特定する。
【０１２９】
＜ステップＳ２０８＞
処理回路８は、ステップＳ２０７で特定されたピークの時系列の情報から、呼吸情報を生成する。より具体的には、ピーク同士の間をスプライン曲線で補間することによって、包絡線を生成する。生成された包絡線を呼吸情報とする。
＜ステップＳ２０９＞
出力回路９は、ステップＳ２０８で作成された呼吸情報を出力する。出力形態として、画面等に表示してもよいし、記録媒体に記録してもよい。
【０１３０】
以上、本実施の形態の処理によれば、ユーザから電極の位置の情報を取得しなくても、適切な呼吸情報を含むピーク群を選択することが可能である。
【０１３１】
（実施形態３）
本実施の形態にかかる生体情報モニタリング装置もまた、ユーザから電極の位置の情報を取得しなくても、適切な呼吸情報を含むピーク群を選択することが可能である。生体情報モニタリング装置は、計測開始から所定時間Ｔ１以内に、ユーザに所定の呼吸周期Ｔ２を指示し、時間Ｔ１以内の各ピーク（Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波）の包絡線を生成する。生体情報モニタリング装置は、包絡線が呼吸周期Ｔ２と最も相関が大きいピークを選択する。
【０１３２】
（生体情報モニタリングシステム構成）
図１５は、本実施形態による生体情報モニタリングシステム１０４の構成を示す。生体情報モニタリングシステム１０４は、データ蓄積装置６と、生体信号計測装置２００と、生体情報モニタリング装置３０４とを備えている。データ蓄積装置６および生体信号計測装置２００の構成および動作は、実施の形態１と同じである。よって、同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１３３】
生体情報モニタリング装置３０４は、検知回路７と、処理回路８と、出力回路９と、選択回路１０と、ピーク属性抽出回路１３と、指示信号生成回路１４とを備えている。
【０１３４】
これらのうち、以下ではピーク属性抽出回路１３、および指示信号生成回路１４の構成および動作を詳細に説明する。検知回路７、処理回路８、出力回路９、および選択回路１０の構成および動作は、主として実施の形態１の生体情報モニタリング装置３００に関連して説明したため、その説明は省略する。なお、これらの構成要素のうち、抽出回路１３の導入に関連して動作が変更され、または追加される場合には、その動作を適宜説明する。
【０１３５】
ピーク属性抽出回路１３（以下「抽出回路１３」と記述する。）は、所定期間Ｔ１内に検知された各ピークの属性情報を抽出する。属性情報とは、本実施形態においては、各ピークの振幅を用いて生成した包絡線の情報を意図している。
【０１３６】
より具体的に説明すると、抽出回路１３は、検知回路７によって検知された複数のピークを、波形に関して互いに共通する特徴を有するピーク群ごとに分ける。「波形に関して共通する特徴を有するピーク群」とは、端的に言えば、たとえばＴ波ピーク群、Ｓ波ピーク群である。すなわち、この処理は、検知回路７によって検知された複数のピークをそれぞれ、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波に分類する動作に対応する。
【０１３７】
抽出回路１３は、時間Ｔ１内に含まれる各ピーク（Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波）の包絡線を生成する。抽出回路１３は、各ピーク同士の間をスプライン曲線で補間することによって各ピークの包絡線を生成する。抽出回路１３は、各ピークの包絡線の情報を選択回路１０に送る。
【０１３８】
抽出回路１３のハードウェアとしての実現形態は、電位センサでもよいし、ＰＣ、スマートフォン、タブレットであってもよい。ＰＣ、スマートフォン、タブレットのＣＰＵは、インストールされているソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することにより、検知回路７によって検知され、有線または無線で送信された、波のピークの情報を受け取る。そして、ＣＰＵは、ソフトウェアに基づく情報処理によって、上述の属性情報を取得する。
【０１３９】
なお、抽出回路１３が各ピークの包絡線を生成するため、処理回路８はもはや包絡線を求める必要はない。処理回路８は、選択回路１０から、選択されたピークである包絡線の情報を受け取り、その包絡線に基づいて呼吸情報を抽出すればよい。呼吸情報の生成方法として、実施の形態１において説明した代表値を利用する方法を使用してもよい。
【０１４０】
指示信号生成回路１４は、ユーザに所定の呼吸周期Ｔ２を指示するための信号（指示信号）を生成する。呼吸周期Ｔ２は、息を吸って吐く、という一連の動作を１周期としたときに要する時間である。指示信号の一例は、スピーカを介して、ユーザに「息を吸ってください」、「息を吐いてください」という音声を呈示するための音声信号である。指示信号の他の例は、ディスプレイ（図示せず）を介して、ユーザに「息を吸ってください」、「息を吐いてください」というテキストまたは画像を呈示するための画像信号である。
【０１４１】
指示信号生成回路１４は、指示信号によって音声、および／または映像を呈示する期間Ｔ１を予め定めておき、その期間Ｔ１の間、指示信号を生成する。期間Ｔ１の始期は、たとえば電極２ａおよび２ｂによる心電の計測開始である。本実施の形態では、時間Ｔ１は複数の呼吸周期Ｔ２を十分含む時間である。
【０１４２】
選択回路１０は、抽出回路１３で生成された各ピーク（Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波）の包絡線と呼吸周期Ｔ２との相関を計算し、包絡線が呼吸周期Ｔ２と最も相関が大きいピークを選択する。本実施の形態では、ピークの選択は、包絡線の選択と同義である。相関の計算方法として、包絡線にフーリエ変換を適用し、包絡線の周波数特性を求める。周波数特性でピークが立つ周波数と呼吸周期Ｔ２の周波数と一致するか否かを判断する。なお、ピークの検知率で相関を計算してもよい。「ピークの検知率」とは、呼吸１周期において包絡線ではピークが正しく１つのみ存在するとなる確率である。
【０１４３】
（全体の処理フロー）
図１６は、本実施形態の生体情報モニタリングシステム１０４の全体の処理フローを示す。
【０１４４】
＜ステップＳ３０１＞
電位計測回路５は、ユーザの胸部に配置された２つの電極２ａおよび２ｂから電位差を計測する。
【０１４５】
＜ステップＳ３０２＞
指示信号生成回路１４は、計測開始から所定時間Ｔ１以内に、ユーザに所定の呼吸周期Ｔ２を指示する。指示の仕方として、スピーカを介して、「吸ってください」、「吐いてください」という音声をユーザに出す。なお、指示をディスプレイの画面に表示してもよい。
【０１４６】
＜ステップＳ３０３＞
検知回路７は、Ｔ１以内の心電の各ピークであるＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波を検知する。所定時間Ｔ１は、複数の呼吸周期Ｔ２を十分含む時間である。複数の呼吸周期Ｔ２に亘って各ピークを継続的に検知することにより、検知精度より高くすることができる。
【０１４７】
＜ステップＳ３０４＞
抽出回路１３は、Ｔ１以内の各ピーク（Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波）の包絡線を生成する。より具体的には、ピーク同士の間をスプライン曲線で補間することによって、包絡線を生成する。
【０１４８】
＜ステップＳ３０５＞
選択回路１０は、抽出回路１３で生成された各ピーク（Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波）の包絡線と呼吸周期Ｔ２との相関を計算する。相関の計算仕方として、包絡線に対してフーリエ変換を適用し、周波数特性を求める。周波数特性でピークが立つ周波数と呼吸周期Ｔ２の周波数と一致するか否かを判断する。なお、ピークの検知率で相関を計算してもよい。
【０１４９】
＜ステップＳ３０６＞
選択回路１０は、ステップＳ３０５で計算された相関が最も大きいピークを選択する。
【０１５０】
＜ステップＳ３０７＞
処理回路８は、ステップＳ３０６で選択されたピークの包絡線の情報を選択回路１０から受け取る。
【０１５１】
＜ステップＳ３０８＞
処理回路８は、ステップＳ３０７で受け取った包絡線の情報から、呼吸情報を生成する。
【０１５２】
＜ステップＳ３０９＞
出力回路９は、ステップＳ３０８で作成された呼吸情報を出力する。出力形態として、画面等に表示してもよいし、記録媒体に記録してもよい。
【０１５３】
以上、本開示による例示的な実施の形態を説明した。
【０１５４】
上述の各実施の形態は、いずれも、２端子法によって心電を計測する構成例であった。しかしながら４端子法によって心電を計測することも可能である。
【０１５５】
たとえば図１７は、実施形態１の変形例による生体情報モニタリングシステム１１０の構成を示す。生体情報モニタリングシステム１１０は、４端子法によって、ユーザ１の胸部インピーダンスを計測する。
【０１５６】
生体情報モニタリングシステム１１０は、データ蓄積装置６と、生体信号計測装置２０２と、生体情報モニタリング装置３００とを有する。
【０１５７】
生体情報モニタリングシステム１１０は、生体信号計測装置の構成に関して生体情報モニタリングシステム１００の構成と相違する。以下、その相違点に関連する構成のみを説明する。
【０１５８】
生体信号計測装置２０２は、４つの電極２ａ、２ｂ、３ａおよび３ｃを利用して電位を計測する。電極２ａおよび２ｂは、電位計測用電極である。電極３ａおよび３ｂは、電流印加用電極である。
【０１５９】
電位計測用電極２ａおよび２ｂ、および、電流印加用電極３ａおよび３ｂは、４端子法の計測条件を満たす位置に設置されている。つまり、電位計測用電極２ａおよび２ｂは、たとえば電流印加用電極３ａから電流印加用電極３ｂに流れる電流が通過する範囲以内に設置されている。より具体的には、電位計測用電極２ａおよび２ｂは、電流印加用電極３ａと３ｂとの間に挟まれるように設けられている。
【０１６０】
電位計測回路５は、電流源５ａと、インピーダンス計測回路５ｂとを有している。
【０１６１】
電流源５ａは、ユーザの胸部に配置された電流印加用電極３ａおよび３ｂに、電流を供給する。電流源５ａは、たとえば内蔵されたバッテリー（図示せず）および、そのバッテリーから電流を流すために設けられた回路である。なお、内蔵されたバッテリーを含まない態様で電流源５ａを構成してもよい。
【０１６２】
本明細書では、電流源５ａが印加する電流値は、従来一般的な心電計測に利用電流値（たとえば３５０μＡ）よりも小さい値（たとえば数ｎＡ〜数百μＡ）としている。これは、生体信号計測装置２０２が、小型化等に起因して、そのバッテリー（図示せず）の容量も小さくせざるを得ないことを想定しているためである。従来印加されていた電流値よりも低い電流値でインピーダンスを計測することにより、生体信号計測装置２０２の駆動時間を延ばすことが可能となる。上述のとおり、本実施形態では、電流源５ａは３５０μＡよりも小さい値の電流を印加する。
【０１６３】
本明細書では、電流源５ａは、正弦波の交流を印加し、その電流値は±１０ｎＡであるとする。
【０１６４】
インピーダンス計測回路５ｂは、第１の電位計測用電極部２ａ及び第２の電位計測用電極部２ｂの電位差を用いて、複数の時刻におけるユーザの胸部インピーダンスの値を計測する。具体的には、インピーダンス計測回路５ｂは、電位計測用電極２ａ及び２ｂの間の電位差を計測する。インピーダンス計測回路５ｂは、計測した電位差の値を、電流源５ａから印加した電流値で除算し、除算結果を胸部インピーダンス値として取得する。胸部インピーダンス値は、電位差に関する情報として検知回路７に送られる。
【０１６５】
以後、生体情報モニタリング装置３００において行われる処理は、先に説明した通りである。生体情報モニタリングシステム１１０の動作もまた、図１０に示されるとおり行われる。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
本開示にかかる生体情報モニタリングシステムによれば、ユーザが位置を誤って電極を装着した場合であっても、諸事情のため指定された位置に電極を装着できない場合であっても、呼吸に関する生体情報を計測できる。これによりユーザが自宅で呼吸モニタリングが簡単にでき、電極位置が異なっても呼吸情報を計測できる。自宅等での健康状態の確認、スポーツ時の動負荷状態の把握等の分野に応用可能である。また、病院内での計測の簡素化も可能である。
【符号の説明】
【０１６７】
２ａ、２ｂ  電極
５  電位計測回路
６  データ蓄積装置
７  ピーク検知回路（検知回路）
８  包絡線処理回路（処理回路）
９  呼吸情報出力回路（出力回路）
１０  ピーク選択回路（選択回路）
１１  Ｉ／Ｆ装置
１２、１３  ピーク属性抽出回路（抽出回路）
１４  指示信号生成回路
１００、１０２、１０４  生体情報モニタリングシステム
２００  生体信号計測装置
３００、３０２、３０４  生体情報モニタリング装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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