(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した特許文献1の身体装着用心電図記録装置は、胸部に粘着材で心電計を固定して心電測定を行うものであるため、心電計を着脱する際に、着ている衣服を脱がなければならない。そのため、心電計の着脱に手間がかかる。
【0006】
また、特許文献2の電子腕時計では、裏蓋に設けられた心電電極を皮膚に密着させるために腕時計のベルトをある程度きつく締める必要があるが、きつく締めると装着感が悪化するため、ユーザーがベルトを緩めてしまい、安定して計測することができなくなるおそれがある。また、この構成では、心電波を計測するためには、一方の手(例えば左手)に腕時計をはめた状態で、腕時計ケース本体に配置された電極体(心電電極)を他方の手(例えば左手)で触っている必要がある。すなわち、両手を略固定していなければ心電波を計測することができないため、活動中に連続して計測することが困難である。
【0007】
特許文献3の指輪型の脈波センサでは、プリント基板の端部に搭載された検出部が指の腹側に配置される。より詳細には、この脈波センサを使用する際には、検出部が指の腹側に当たるようにセンサ本体が指の背側に配置され、センサ本体がベルトによって固定される。この時、検出部が指の腹に密着できる程度(検出部が指の腹に押し当てられた状態)にベルトの長さが調節される。同様に、特許文献4の指輪型の光電脈波信号検出装置では、発光素子と受光素子を指の背側よりも血管が多い腹側に配置することにより、効果的に脈派等の検出が行えるようにしている。しかしながら、指の腹側は指の曲げ伸ばしによって大きく変形するため、指の腹側で計測すると指の曲げ伸ばし等に起因してノイズが乗り易くなる。そのため、指が動いている活動中には光電脈波を安定して計測することが難しい。
【0008】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して生体信号を計測することが可能な生体信号検出装置、および該生体信号検出装置を用いた生体情報計測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】
【0009】
本発明に係る生体信号検出装置は、生体に装着されて生体信号を検出する生体信号検出装置であって、弾性を有し、生体に装着されたときに、該生体の屈曲方向に対して側方から押圧して該生体を挟持する弾性部を備え、該弾性部の少なくとも生体に押圧される部位が導電性を有することを特徴とする。
【0010】
本発明に係る生体信号検出装置によれば、弾性を有する弾性部によって生体が挟持されるため、容易に装着することができる。また、導電性を有する部位が生体の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から押圧されるため、活動中であっても安定して生体信号を計測することができる。その結果、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して生体信号を計測することが可能となる。
【0011】
また、本発明に係る生体信号検出装置では、弾性部が、断面が円弧状に形成された板バネであることが好ましい。
【0012】
この場合、弾性部が、断面が円弧状に形成された板バネとして機能するように形成されているため、比較的簡易な構成により、導電性を有する弾性部を生体に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して生体信号を計測することができる。
【0013】
さらに、本発明に係る生体信号検出装置では、弾性部が、円弧の基端部から先端部に近づくにつれて円弧の曲率半径が小さくなるように形成されていることが好ましい。
【0014】
この場合、円弧状の板バネとして形成された弾性部が、基端部から先端部に近づくにつれて曲率半径が小さくなる(すなわち曲率が大きくなる)ように形成されているため、生体(例えば指など)の太さにかかわらずフィットしやすく、かつ抜け落ちにくくすることができる。
【0015】
本発明に係る生体信号検出装置は、生体に装着されて生体信号を検出する生体信号検出装置であって、伸縮性および柔軟性を有し、生体に装着されたときに、周囲から収縮して該生体に接触するとともに、該生体の屈曲に対応して伸縮する伸縮部を備え、伸縮部の生体と接触する部位が導電性を有することを特徴とする。
【0016】
本発明に係る生体信号検出装置によれば、伸縮部が伸縮性および柔軟性を有しているため、容易に装着することができる。また、この伸縮部は、生体と接触する部位が導電性を有し、生体に装着されたときに、周囲から収縮して該生体に接触するとともに、該生体の屈曲に対応して伸縮するため、活動中であっても安定して生体信号を計測することができる。その結果、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して生体信号を計測することが可能となる。
【0017】
また、本発明に係る生体信号検出装置では、伸縮部が、導電性を有する導電糸を編んだ編物からなることが好ましい。
【0018】
この場合、伸縮部が導電性を有する導電糸を編んだ編物からなるため、比較的簡易な構成により、導電性を有する伸縮部を生体に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して生体信号を計測することができる。
【0019】
本発明に係る生体信号検出装置は、生体に装着されて生体信号を検出する生体信号検出装置であって、弾性を有し、生体に装着されたときに、該生体の屈曲方向に対して側方から押圧して該生体を挟持する弾性部と、弾性部に配設された発光素子および受光素子を有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサとを備えることを特徴とする。
【0020】
本発明に係る生体信号検出装置によれば、弾性部が弾性を有し、生体を挟持するため、容易に装着することができる。また、光電脈波センサ(発光素子および受光素子)が、生体の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から押圧されるため、活動中であっても安定して光電脈波信号を計測することができる。特に、生体(例えば指など)の側面は腹側と異なり、曲げ伸ばしによって大きく変形しないため、側面から圧力を加えて挟持することで接触状態を安定させることができる。また、光電脈波センサの発光素子と受光素子が共に生体の側面に配置されるため、生体の太さの違い(個人差)や装着ずれがあったとしても、生体の曲げ伸ばしの影響を受け難く、安定して計測することができる。その結果、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して光電脈波信号を計測することが可能となる。
【0021】
また、本発明に係る生体信号検出装置では、弾性部が、板バネであることが好ましい。
【0022】
この場合、弾性部が板バネとして機能するように形成されているため、比較的簡易な構成により、導電性を有する弾性部を生体に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して光電脈波信号を計測することができる。
【0023】
本発明に係る生体信号検出装置は、生体に装着されて生体信号を検出する生体信号検出装置であって、伸縮性および柔軟性を有し、生体に装着されたときに、周囲から収縮して該生体に接触するとともに、該生体の屈曲に対応して伸縮する伸縮部と、伸縮部に配設された発光素子および受光素子を有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサとを備え、該光電脈波センサが、生体に装着される際に、該生体の屈曲方向に対して側方に配設されるように構成されることを特徴とする。
【0024】
本発明に係る生体信号検出装置によれば、伸縮部が伸縮性および柔軟性を有しているため、容易に装着することができる。また、光電脈波センサ(発光素子および受光素子)が、生体の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から接触されるため、活動中であっても安定して光電脈波信号を計測することができる。特に、生体(例えば指など)の側面は腹側と異なり、曲げ伸ばしによって大きく変形しないため、生体の太さの違い(個人差)や装着ずれがあったとしても安定して計測することができる。その結果、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して光電脈波信号を計測することが可能となる。
【0025】
また、本発明に係る生体信号検出装置では、伸縮部が、導電性を有する導電糸を編んだ編物からなることが好ましい。
【0026】
この場合、伸縮部が導電性を有する導電糸を編んだ編物からなるため、比較的簡易な構成により、光電脈波センサを生体に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して光電脈波信号を計測することができる。
【0027】
また、本発明に係る生体信号検出装置は、光電脈波センサに電力を供給する電力供給部を備え、該電力供給部が、生体信号検出装置が指に装着される際に、指の背面側に配設されるように構成されていることが好ましい。
【0028】
この場合、光電脈波センサに電力を供給する電力供給部が指の背面側に配置されることで、隣り合う指と干渉することを防止できる。また、使用者に指にはめる向きを視覚的に示すことができるため、光電脈波センサが指の腹側や背面側に接触するような誤った向きに装着されることを効果的に防止できる。
【0029】
本発明に係る生体信号検出装置は、生体に装着されて生体信号を検出する生体信号検出装置であって、弾性を有し、生体に装着されたときに、該生体の屈曲方向に対して側方から押圧して該生体を挟持する弾性部と、弾性部に配設された発光素子および受光素子を有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサとを備え、弾性部の少なくとも生体に押圧される部位が導電性を有することを特徴とする。
【0030】
本発明に係る生体信号検出装置によれば、弾性部が弾性を有し、生体を挟持するため、容易に装着することができる。また、導電性を有する部位および光電脈波センサそれぞれが、生体の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から押圧されるため、活動中であっても安定して生体信号および光電脈波信号を計測することができる。特に、生体(例えば指など)の側面は腹側と異なり、曲げ伸ばしによって大きく変形しないため、側面から圧力を加えて挟持することで接触状態を安定させることができる。また、生体の太さの違い(個人差)や装着ずれがあったとしても、生体の曲げ伸ばしの影響を受け難く、安定して計測することができる。その結果、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して生体信号および光電脈波信号を計測することが可能となる。
【0031】
本発明に係る生体情報計測装置は、一対の上記いずれかの生体信号検出装置を備え、該一対の生体信号検出装置により左右の指から心電信号を検出することを特徴とする。
【0032】
本発明に係る生体情報計測装置によれば、一対の上記いずれかの生体信号検出装置を備えているため、左右の指への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して心電信号を計測することが可能となる。
【0033】
本発明に係る生体情報計測装置は、一対の上記生体信号検出装置と、一対の弾性部により検出された心電信号、及び、光電脈波センサにより検出された光電脈波信号それぞれのピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段により検出された光電脈波信号のピークと心電信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める脈波伝播時間演算手段とを備えることを特徴とする。
【0034】
本発明に係る生体情報計測装置によれば、上述した生体信号検出装置を備えているため、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して心電信号および光電脈波信号を計測することができる。その結果、より簡易に、かつ、活動中であっても安定して脈波伝播時間を取得することが可能となる。
【発明の効果】
【0035】
本発明によれば、生体への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して生体信号を計測することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0038】
(第1実施形態)
まず、
図1〜
図4を併せて用いて、第1実施形態に係る生体信号検出装置1および該生体信号検出装置1を用いた生体情報計測装置5の構成について説明する。
図1は、第1実施形態に係る生体信号検出装置1を用いた生体情報計測装置5の構成を示すブロック図である。
図2は、生体信号検出装置1を用いた生体情報計測装置5の外観を示す図である。また、
図3は、生体信号検出装置1の外観を拡大して示す図であり、
図4は、生体信号検出装置1を構成する第1板バネ部11cの曲率半径を示す図である。
【0039】
生体情報計測装置5(生体信号検出装置1)は、使用者が日常の動作・活動、例えばゲームコントローラやタブレット端末等の把持型装置を両手で把持して操作しながら心電信号や光電脈波信号などを計測できるように構成されている。なお、本実施形態では、本発明をゲームコントローラに適用した場合を例にして説明する。また、生体電位としては、筋電等もあるが、本実施形態では心電を計測する場合を例にして説明する。
【0040】
生体情報計測装置5(生体信号検出装置1)は、左右両手間の心電信号、及び、左手の指並びに右手の指での光電脈波信号を検出し、検出した心電信号(心電波)のR波ピークと光電脈波信号(脈波)のピークとの時間差から左手及び右手それぞれの脈波伝播時間などを取得する。
【0041】
そのため、生体情報計測装置5は、主として、両手間の心電信号を検出するための一対の心電電極(第1心電電極11、第2心電電極12)、および左右の手の光電脈波信号(第1の光電脈波信号、第2の光電脈波信号)を検出するための2つの光電脈波センサ(第1光電脈波センサ21、第2光電脈波センサ22)を有する一対の生体信号検出装置1,1と、検出された心電信号及び第1,第2の光電脈波信号に基づいて左右の手における脈波伝播時間(第1脈波伝播時間、第2脈波伝播時間)を計測する信号処理部31,32とを備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【0042】
第1心電電極11及び第2心電電極12は、心電信号を検出するものであり、例えば、使用者が、第1心電電極11に左手の指を挿入し、第2心電電極12に右手の指を挿入することにより、使用者の左右の手の間の電位差に応じた心電信号を取得する。第1心電電極11、第2心電電極12の電極材料としては、腐食に強くアレルギーが起こり難い、例えばステンレス等の金属が好適に用いられる。また、ステンレスを基材として導電性のあるメッキやコーティングを施したものを用いてもよい。
【0043】
第1心電電極11及び第2心電電極12(以下、まとめて心電電極11,12ということもある)それぞれは、両端に2つの屈曲点11a,11bが形成された基端部、および該基端部の両端(屈曲点11a,11b)それぞれに屈曲してつながった第1の板バネ部11c並びに第2の板バネ部11d(以下、まとめて板バネ部11c,11dということもある)を有している。第1の板バネ部11cは、断面が円弧状に形成されている。ここで、
図4に示されるように、第1の板バネ部11cは、基端部(屈曲点11a)から先端部に近づくにつれて円弧の曲率半径が小さく(曲率が大きく)なるように形成されている。一方、第2の板バネ部11dは、断面が直線状に形成されている。そして、心電電極11,12は、全体としては、断面で見た場合に、一部が切れた略リング状に形成されている。
【0044】
また、第2の板バネ部11dの内面には、発光素子211(212)と受光素子221(222)とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサ21(22)が取り付けられている。なお、この光電脈波センサ21(22)の詳細については後述する。
【0045】
このように構成されることにより、心電電極11,12を構成する第1の板バネ部11c、第2の板バネ部11dは、弾性を有し、使用者の指に装着されたときに、その指の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から押圧して指を挟持する。すなわち、第1の板バネ部11c、第2の板バネ部11d(第1心電電極11、第2心電電極12)は、請求の範囲に記載の弾性部に相当する。
【0046】
なお、第1の板バネ部11cおよび第2の板バネ部11dは指の腹側には強く接触しない構造とされている。これは、指を曲げ伸ばしすると指の腹側が大きく変形するため、指の腹側を密着させていると、指の側面まで大きく変形してしまい、光電脈波センサ21(22)と指との接触箇所(指側面)の接触状態が変化してしまうのを避けるためである。また、指の挿抜時に指が傷つきにくくするために、板バネ部11c、11dの側面を樹脂やゴムなどでコーティングしたり、外側に反らしてもよい。
【0047】
第1心電電極11及び第2心電電極12それぞれは、ケーブル101,102を通して、信号処理部31,32と接続されており、該ケーブル101,102を介して、心電信号を信号処理部31,32へ出力する。なお、ケーブル101,102としては、ノイズを低減するために、同軸ケーブルを用いることが望ましい。
【0048】
上述したように、第2の板バネ部11dの内面には、発光素子211(212)と受光素子221(222)とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサ21(22)が取り付けられている。光電脈波センサ21(22)は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出するセンサである。
【0049】
発光素子211,221は、信号処理部31,32の駆動部350から出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。発光素子211,221としては、例えば、LED、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)、又は共振器型LED等を用いることができる。なお、駆動部350は、発光素子211を駆動するパルス状の駆動信号を生成して出力する。
【0050】
受光素子212,222は、発光素子211,221から照射され、例えば指を透過して、又は指に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。受光素子212,222としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が好適に用いられる。本実施形態では、受光素子212,222として、フォトダイオードを用いた。
【0051】
ここで、上述したように、光電脈波センサ21,22は、第2の板バネ部11dの内面に取り付けられているため、心電電極11,12が指に装着されたときに、光電脈波センサ21,22は、第1の板バネ部11cと第2の板バネ部11dにより、指の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から押し当てられて、指の側面に接触する。
【0052】
なお、発光素子211,221と受光素子212,222は指の軸と並行に配置することが好ましい。指の軸と垂直に配置すると、発光素子211,221又は受光素子212,222が指の腹側に近付いてしまい指の曲げ伸ばしに伴う指の腹側の変形の影響を受けやすくなってしまうためである。また、指にはめる向きを間違えないよう、指の背面側の位置にマークやロゴ等を入れることが好ましい。
【0053】
受光素子212,222は、信号処理部31,32に接続されており、受光素子212,222で得られた検出信号(光電脈波信号)は信号処理部31,32に出力される。
【0054】
上述したように、第1心電電極11、第2心電電極12、及び第1光電脈波センサ21それぞれは、信号処理部31に接続されており、検出された心電信号、及び第1の光電脈波信号が信号処理部31に入力される。同様に、第1心電電極11、第2心電電極12、及び第2光電脈波センサ22それぞれは、信号処理部32に接続されており、検出された心電信号、及び第2の光電脈波信号が信号処理部32に入力される。
【0055】
信号処理部31は、検出した心電信号(心電波)のR波ピークと第1の光電脈波信号(脈波)のピークとの時間差から第1脈波伝播時間(左手の指での脈波伝播時間)を計測する。同様に、信号処理部32は、検出した心電信号のR波ピークと第2の光電脈波信号のピークとの時間差から第2脈波伝播時間(右手の指での脈波伝播時間)を計測する。また、信号処理部31,32は、入力された心電信号を処理して、心拍数や心拍間隔などを計測する。さらに、信号処理部31,32は、入力された光電脈波信号を処理して、脈拍数や脈拍間隔などを計測する。なお、信号処理部31の構成と信号処理部32の構成とは、同一であるので、以下、信号処理部31を主にして説明する。
【0056】
信号処理部31(32)は、増幅部311,321、第1信号処理部310、第2信号処理部320、ピーク検出部316,326、ピーク補正部318,328、及び脈波伝播時間計測部330を有している。また、上記第1信号処理部310は、アナログフィルタ312、A/Dコンバータ313、ディジタルフィルタ314を有している。一方、第2信号処理部320は、アナログフィルタ322、A/Dコンバータ323、ディジタルフィルタ324、2階微分処理部325を有している。
【0057】
ここで、上述した各部の内、ディジタルフィルタ314,324、2階微分処理部325、ピーク検出部316,326、ピーク補正部318,328、脈波伝播時間計測部330は、演算処理を行うCPU、該CPUに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するROM、及び演算結果などの各種データを一時的に記憶するRAM等により構成されている。すなわち、ROMに記憶されているプログラムがCPUによって実行されることにより、上記各部の機能が実現される。
【0058】
増幅部311は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、第1心電電極11、第2心電電極12により検出された心電信号を増幅する。増幅部311で増幅された心電信号は、第1信号処理部310に出力される。同様に、増幅部321は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、第1(第2)光電脈波センサ21(22)により検出された第1(第2)光電脈波信号を増幅する。増幅部321で増幅された光電脈波信号は、第2信号処理部320に出力される。
【0059】
第1信号処理部310は、上述したように、アナログフィルタ312、A/Dコンバータ313、ディジタルフィルタ314を有しており、増幅部311で増幅された心電信号に対して、フィルタリング処理を施すことにより拍動成分を抽出する。
【0060】
また、第2信号処理部320は、上述したように、アナログフィルタ322、A/Dコンバータ323、ディジタルフィルタ324、2階微分処理部325を有しており、増幅部321で増幅された第1(第2)光電脈波信号に対して、フィルタリング処理及び2階微分処理を施すことにより拍動成分を抽出する。
【0061】
アナログフィルタ312,322、及び、ディジタルフィルタ314,324は、心電信号、第1(第2)光電脈波信号を特徴づける周波数以外の成分(ノイズ)を除去し、S/Nを向上するためのフィルタリングを行う。より詳細には、心電信号は一般的に0.1〜200Hzの周波数成分、光電脈波信号は0.1〜数十Hz付近の周波数成分が支配的であるため、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のアナログフィルタ312,322、及びディジタルフィルタ314,324を用いてフィルタリング処理を施し、上記周波数範囲の信号のみを選択的に通過させることによりS/Nを向上する。
【0062】
なお、拍動成分の抽出のみを目的とする場合(すなわち、波形等を取得する必要がない場合)には、ノイズ耐性を向上するために通過周波数範囲をより狭くして拍動成分以外の成分を遮断してもよい。また、アナログフィルタ312,322とディジタルフィルタ314,324は必ずしも両方備える必要はなく、アナログフィルタ312,322とディジタルフィルタ314,324のいずれか一方のみを設ける構成としてもよい。なお、アナログフィルタ312、ディジタルフィルタ314によりフィルタリング処理が施された心電信号は、ピーク検出部316へ出力される。同様に、アナログフィルタ322、ディジタルフィルタ324によりフィルタリング処理が施された第1(第2)光電脈波信号は、2階微分処理部325へ出力される。
【0063】
2階微分処理部325は、第1(第2)光電脈波信号を2階微分することにより、2階微分脈波(加速度脈波)信号を取得する。取得された加速度脈波信号は、ピーク検出部326へ出力される。なお、光電脈波のピーク(立ち上がり点)は変化が明確でなく検出しにくいことがあるため、加速度脈波に変換してピーク検出を行うことが好ましいが、2階微分処理部325を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。
【0064】
ピーク検出部316は、第1信号処理部310により信号処理が施された(拍動成分が抽出された)心電信号のピーク(R波)を検出する。一方、ピーク検出部326は、第2信号処理部320によりフィルタリング処理が施された第1(第2)光電脈波信号(加速度脈波)のピークを検出する。すなわち、ピーク検出部316,326は、請求の範囲に記載のピーク検出手段として機能する。なお、ピーク検出部316、及びピーク検出部326それぞれは、心拍間隔、及び脈拍間隔の正常範囲内においてピーク検出を行い、検出したすべてのピークについて、ピーク時間、ピーク振幅等の情報をRAM等に保存する。
【0065】
ピーク補正部318は、第1信号処理部310(アナログフィルタ312、ディジタルフィルタ314)における心電信号の遅延時間を求める。ピーク補正部318は、求めた心電信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部316により検出された心電信号のピークを補正する。同様に、ピーク補正部328は、第2信号処理部320(アナログフィルタ322、ディジタルフィルタ324、2階微分処理部325)における光電脈波信号の遅延時間を求める。ピーク補正部328は、求めた光電脈波信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部326により検出された第1(第2)光電脈波信号(加速度脈波信号)のピークを補正する。補正後の心電信号のピーク、及び補正後の第1(第2)光電脈波信号(加速度脈波)のピークは、脈波伝播時間計測部330に出力される。なお、ピーク補正部318を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。
【0066】
脈波伝播時間計測部330は、ピーク補正部318により補正された心電信号のR波ピークと、ピーク補正部328により補正された第1(第2)光電脈波信号(加速度脈波)のピークとの間隔(時間差)から第1(第2)脈波伝播時間を求める。すなわち、脈波伝播時間計測部330は、請求の範囲に記載の演算手段として機能する。ここで、信号処理部31の脈波伝播時間計測部330は、第1脈波伝播時間、すなわち左手の指での脈波伝播時間を取得する。同様に、信号処理部32の脈波伝播時間計測部330は、第2脈波伝播時間、すなわち右手の指での脈波伝播時間を取得する。
【0067】
脈波伝播時間計測部330は、第1(第2)脈波伝播時間に加えて、例えば、心電信号から心拍数、心拍間隔、心拍間隔変化率等も算出する。同様に、脈波伝播時間計測部330は、光電脈波信号(加速度脈波)から脈拍数、脈拍間隔、脈拍間隔変化率等も算出する。
【0068】
なお、取得された脈波伝播時間や、心拍数、脈拍数等の計測データは、例えば、上述したRAMなどに蓄積して記憶しておき、計測が終了した後に、パーソナルコンピュータ(PC)等に出力して確認するようにしてもよい。また、上記情報を、通信部60を介して、例えば、PCや、ディスプレイを有する携帯型音楽プレーヤ、又はスマートフォン等に送信して表示させる構成とすることもできる。なお、その場合には、測定結果や検出結果に加えて、測定日時等のデータも送信することが好ましい。
【0069】
次に、生体情報計測装置5(生体信号検出装置1)の使用方法について説明する。生体情報計測装置5(心電信号計測装置1)を用いて心電信号、光電脈波信号、脈波伝搬時間などを検出する際には、第1心電電極11に左手の指を挿入して指を第1心電電極11及び第1光電脈波センサ21に接触させるとともに、第2心電電極12に右手の指を挿入して指を第2心電電極12及び第2光電脈波センサ22に接触させる。そして、ゲームコントローラ100を両手で把持する。
【0070】
そうすることにより、両手間の心電信号、及び、左手の指での第1の光電脈波信号、並びに右手の指での第2の光電脈波信号が取得される。そして、左手の指での第1脈波伝播時間、及び右手の指での第2脈波伝播時間が取得される。なお、第1,第2第脈波伝播時間の取得方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【0071】
このようにして、使用者は、左手の指を第1心電電極11に挿入するとともに、右手の指を第2心電電極12に挿入するだけで、ゲームコントローラ100を把持しつつ(すなわちゲームをしつつ)、心電信号、光電脈波信号、および脈波伝搬時間などを検出・計測することができる。
【0072】
以上、本実施形態によれば、板バネ部11c,11dが弾性を有し、指を挟持するため、容易に装着することができる。また、導電性を有する板バネ部11c,11dおよび光電脈波センサ21,22それぞれが、指の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から押圧されるため、活動中(例えばゲーム中)であっても安定して心電信号(生体電位)および光電脈波信号を計測することができる。特に、指の側面は腹側と異なり、曲げ伸ばしによって大きく変形しないため、側面から圧力を加えて挟持することで接触状態を安定させることができる。また、指の太さの違い(個人差)や装着ずれがあったとしても、指の曲げ伸ばしの影響を受け難いため、安定して計測することができる。その結果、指への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して心電信号および光電脈波信号を計測することが可能となる。
【0073】
また、本実施形態によれば、板バネ部11c,11dが、断面が円弧状に形成された板バネとして機能するように形成されているため、比較的簡易な構成により、導電性を有する板バネ部11c,11d(心電電極11,12)を生体に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して心電信号および光電脈波信号を計測することができる。
【0074】
また、本実施形態によれば、円弧状の板バネとして形成された第1板バネ部11cが、基端部から先端部に近づくにつれて曲率半径が小さくなる(すなわち曲率が大きくなる)ように形成されているため、指の太さにかかわらずフィットしやすく、かつ抜け落ちにくくすることができる。
【0075】
本実施形態に係る生体情報計測装置5によれば、一対の生体信号検出装置1を備えているため、左右の指への装着をより簡易に行うことができる。
【0076】
また、本実施形態に係る生体情報計測装置5によれば、生体信号検出装置1を備えているため、活動中でも安定して心電信号および光電脈波信号を計測することができる。その結果、より簡易に、かつ、活動中であっても安定して脈波伝播時間を取得することが可能となる。
【0077】
(第2実施形態)
上述した第1実施形態に係る生体信号検出装置1では、心電電極11,12が、第1の板バネ部11c並びに第2の板バネ部11dを有して構成されていたが、板バネ部材に代えて、伸縮性素材で構成してもよい。また、上述した第1実施形態に係る生体信号検出装置1では、双方の心電電極11,12それぞれに光電脈波センサ(第1光電脈波センサ21、第2光電脈波センサ22)を備えたが、一方の心電電極のみに光電脈波センサを設けた構成とすることもできる。
【0078】
そこで、次に、
図5および
図6を併せて用いて、第2実施形態に係る生体信号検出装置2および該生体信号検出装置2を用いた生体情報計測装置6について説明する。ここでは、上述した第1実施形態と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。
図5は、生体信号検出装置2を用いた生体情報計測装置6の構成を示すブロック図である。また、
図6は、生体信号検出装置2を用いた生体情報計測装置6の外観を示す図である。なお、
図5,6において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
【0079】
生体信号検出装置2は、
図6に示されるように、第1心電電極13および第2心電電極14が、板バネ部11c,11dに代えて、伸縮性および柔軟性を有し、指に装着されたときに、周囲から収縮して指に接触するとともに、指の屈曲に対応して伸縮するフィンガーバンド(伸縮部)から構成されている点で、上述した生体信号検出装置1と異なっている(以下、心電電極13,14をフィンガーバンド13,14ということもある)。
【0080】
また、生体信号検出装置2は、
図5に示されるように、第2の光電脈波信号を検出する第2光電脈波センサ22、及び、第2の光電脈波信号に基づいて脈波伝播時間(第2脈波伝播時間)を計測する信号処理部32を備えていない点で、上述した生体信号検出装置1と異なっている。その他の構成は、上述した生体信号検出装置1と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【0081】
心電電極13,14(フィンガーバンド13,14)は、上述したように、伸縮性および柔軟性を有し、使用者の指に装着されたときに、周囲から収縮して指に接触するとともに、指の屈曲に対応して伸縮する。すなわち、フィンガーバンド13,14は、請求の範囲に記載の伸縮部に相当する。
【0082】
フィンガーバンド13,14は、導電性を有する導電糸を編んだ編物からなることが好ましい。すなわち、フィンガーバンド13,14は、指と接触する部位が導電性を有する。ここで、導電糸としては、例えば、Agめっきを施したもの、カーボンナノチューブ・コーティングを施したもの、PEDOT(poly(3,4−ethylenedioxythiophene);ポリエチレンジオキシチオフェン)等の導電性高分子をコーティングしたもの等を好適に用いることができる。なお、本実施形態では、フィンガーバンド13,14を人差し指に装着する構成としたが、中指、薬指、小指に装着するようにしてもよい。
【0083】
フィンガーバンド14の内面には、発光素子211と受光素子212とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサ21が設けられている。光電脈波センサ21は、使用者の指に装着される際に、指の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)に配設されるように構成される。なお、指に嵌める向きを間違えないよう、指の背面側を向く箇所に指の向きを示すマークやロゴ等を入れることが好ましい。
【0084】
次に、生体情報計測手段6(生体信号検出装置2)の使用方法について説明する。生体情報計測手段6(心電信号計測装置2)を用いて心電信号、光電脈波信号、脈波伝搬時間などを検出する際には、フィンガーバンド13(第1心電電極13)に左手の指を挿入して指を第1心電電極13に接触させるとともに、フィンガーバンド14(第2心電電極14)に右手の指を挿入して指を第2心電電極14および光電脈波センサ21に接触させる。そして、ゲームコントローラ100を両手で把持する。
【0085】
そうすることにより、両手間の心電信号、及び、右手の指での光電脈波信号が取得される。そして、右手の指での脈波伝播時間が取得される。
【0086】
このようにして、使用者は、左手の指をフィンガーバンド13(第1心電電極13)に挿入するとともに、右手の指をフィンガーバンド14(第2心電電極14)に挿入するだけで、ゲームコントローラ100を把持しつつ(すなわちゲームをしつつ)、心電信号、光電脈波信号、および脈波伝搬時間などを検出・計測することができる。
【0087】
本実施形態によれば、フィンガーバンド13,14が伸縮性および柔軟性を有しているため、容易に装着することができる。また、このフィンガーバンド13,14は、使用者の指と接触する部位が導電性を有し、指に装着されたときに、周囲から収縮して指に接触するとともに、指の屈曲に対応して伸縮するため、活動中であっても安定して心電信号を計測することができる。また、光電脈波センサ21(発光素子211および受光素子212)が、指の屈曲方向に対して側方(略垂直な方向)から接触されるため、活動中(例えばゲーム中)であっても安定して心電信号(生体電位)および光電脈波信号を計測することができる。特に、指の側面は腹側と異なり、曲げ伸ばしによって大きく変形しないため、指の太さの違い(個人差)や装着ずれがあったとしても安定して計測することができる。その結果、指への装着をより簡易に行うことができ、かつ、活動中でも安定して心電信号および光電脈波信号を計測することが可能となる。
【0088】
また、本実施形態によれば、フィンガーバンド13,14が、導電性を有する導電糸を編んだ編物からなるため、比較的簡易な構成により、導電性を有するフィンガーバンド13,14(心電電極13,14)を指に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して心電信号を計測することができる。同様に、本実施形態によれば、比較的簡易な構成により、光電脈波センサ21を指に接触させた状態を安定して保つことができる。よって、活動中でも安定して光電脈波信号を計測することができる。
【0089】
(第3実施形態)
上述した第1実施形態では、生体情報計測装置5が、一対(2つ)の生体信号検出装置1を備えていたが、1つの生体信号検出装置のみを備える構成としてもよい。すなわち、上述した第1実施形態では、板バネ部11c,11dが心電電極11,12を構成するとともに、光電脈波センサ21,22を指に装着する機能も有していたが、板バネ部11c,11dを心電電極としてではなく光電脈波センサ21を指の側面に押圧して接触させるための装着具として用いる構成としてもよい。よって、この場合には、光電脈波信号のみが検出される。
【0090】
そこで、次に、
図7を用いて、第3実施形態に係る生体信号検出装置3および該生体信号検出装置3を用いた生体情報計測装置7について説明する。ここでは、上述した第1実施形態に係る生体信号検出装置1と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。
図7は、第3実施形態に係る生体信号検出装3を用いた生体情報計測装置7の外観を示す図である。なお、
図7において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
【0091】
生体情報計測装置7(生体信号検出装置3)は、上述した生体信号検出装置1に、例えば二次電池が内蔵され、光電脈波センサ21に電力を供給する電力供給部110、および電力供給部110と光電脈波センサ21とを接続するケーブル111が付加されている。電力供給部110は、生体信号検出装置3(光電脈波センサ21)が使用者の指に装着される際に、指の背面側に配設されるように構成されている。その他の構成は、上述した生体信号検出装置1と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【0092】
本実施形態によれば、光電脈波センサ21に電力を供給する電力供給部110が指の背面側に配置されることで、隣り合う指と干渉することを防止できる。また、使用者に対して、指にはめる向きを視覚的に示すことができるため、光電脈波センサ21が指の腹側や背面側に接触するような誤った向きに装着しまうことを効果的に防止することができる。
【0093】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記第1,第2実施形態では、生体信号検出装置1,2が、心電電極11,12,13,14と光電脈波センサ21,22とを備えていたが、心電電極のみを備える(すなわち光電脈波センサを取り外した)構成としてもよい。
【0094】
また、上記第1実施形態では、一対の生体信号検出装置1それぞれが、心電電極11,12と光電脈波センサ21,22とを備えていたが、いずれかの生体信号検出装置1が、心電電極のみを備える(すなわち光電脈波センサを取り外した)構成としてもよい。
【0095】
また、生体信号検出装置1と生体信号検出装置2とを組み合わせて用いる構成としてもよい。さらに、生体信号検出装置1と光電脈波センサ22を取り外した生体信号検出装置2とを組み合わせて用いる構成としてもよいし、光電脈波センサ21(22)を取り外した生体信号検出装置1と生体信号検出装置2とを組み合わせて用いる構成としてもよい。
【0096】
また、上記第3実施形態では、板バネ部11c,11dに光電脈波センサ21を取り付けたが、板バネ部11c,11dに代えて、上述したフィンガーバンド13に光電脈波センサ21を取り付ける構成としてもよい。
【0097】
なお、取得された脈拍間隔や測定時間等の計測データは、メモリに保持しておいて日々の変動履歴として読み出せるようにしておいてもよいし、スマートフォン何度の外部機器に無線で送信するようにしてもよい。また、測定中は装置内のメモリに保存し、測定終了後に自動的に外部機器に接続してデータ送信を行うようにしてもよい。