JP6800443B2 - 生体情報検出センサ及び生体情報測定システム - Google Patents

Description

本発明は生体情報検出センサ及び生体情報測定システムに係り、特に衣服に設けられて人体の生体情報を検出する生体情報検出センサ及び検出した生体情報を測定する生体情報測定システムに関する。

近年、健康志向が強まるなかで、常時生体情報をモニタリングできる生体情報検出センサが求められている。特に広く求められている生体情報の一つが心電情報であり、その心電情報から不整脈、虚血性疾患などの検査が可能となる。従来から知られている２４時間心電情報をモニタリングできる生体情報検出センサとして、ホルター心電計と呼ばれる心電センサがある（例えば、特許文献１参照）。ホルター心電計は持ち運び可能な可搬型心電検査装置であり、３〜４極の電極から心電情報を取得し、その心電情報を持ち運び可能なサイズの記録部に記録することで２４時間の心電情報を取得する。このホルター心電計は現在でも簡便な検査装置として広く使用されている。

しかしながら、ホルター心電計では、電極の配線を体表面に引き回す必要があり、使用者の装着感が悪い。また、心電情報の記録部を常に持ち運ぶ必要があり、これも使用者の装着感を悪化させる原因の一つとなっている。

そこで、最近ではフレキシブルセンサ及び配線技術を用いたウェアラブル端末と称される生体情報検出センサが注目されている。そのウェアラブル端末として、例えば、衣服上にセンサ・信号処理部・無線回路を形成し、その衣服を着るだけで心電情報等の生体情報を取得できるテキスタイル型ウェアラブル端末が開発・研究されている。特に日本国内においては、導電性高分子をナノファイバーニットに含侵させた生体電極用導電性繊維である「ｈｉｔｏｅ」（登録商標）からなる衣類にセンサを形成したテキスタイル型ウェアラブル端末が有名である（例えば、非特許文献１及び特許文献２参照）。

また、テキスタイル型のウェアラブル端末などの生体情報検出センサは様々な研究機関や企業でも開発・研究されている（例えば、特許文献３−５参照）。すなわち、特許文献３には、被験者に装着して心電図を計測するための複数の計測電極が、所定位置に導電性糸により形成されて配置された構成の心電計測布が開示されている。また、特許文献４には、人のストレスレベルを決定して決定されたストレスレベルに基づいてフィードバックを提供するための装置であって、ストレスに関連した身体パラメータを検出する身体センサがテキスタイル構造中に組み込まれた構成の生体情報検出センサが開示されている。更に、特許文献５には、導電性糸と非導電性糸とを綴れ織りすることにより、導電性領域と非導電性領域を形成し、導電性領域からなる電極を複数アレイ配置した構成の多電極付き織物が開示されている。

特開平６−１９７８７５号公報 特開２０１５−７０９１７号公報 特開２０１６−１５８７０９号公報 特表２００８−５２９５７６号公報 特開２０１１−１５８１７号公報

佐野正弘、"東レとＮＴＴ、着るだけで心拍数などを測定できる「hitoe」--2014年中にサービス提供"、[online]、平成26年11月16日検索、インターネット(URL:http://japan.cnet.com/news/service/35043275/)

しかしながら、テキスタイル型ウェアラブル端末などの生体情報検出センサは、装着感なく常時心電情報をモニタリングできるという点で非常に有用であるが、装着者（以下、被検出者ともいう）の体形の違いにより、被検出者毎の測定点のずれが生じ、正確な心電情報の検出が難しいという課題がある。この課題に対する最も簡単な対策として、被検出者毎にオーダーメイドで生体情報検出センサを配置することが考えられるが、被検出者数は膨大でその体形も様々であるため生産性や価格の面で実現が難しい。

一方、生体情報検出センサの電極の面積を大きく作ることで測定点のずれの影響を小さくする対策も考えられるが、電極の面積が大きくなることで局所的な心電データを取得することが難しい。また、マジックテープ（登録商標）等で体表面に巻き付けるタイプの生体情報検出センサも知られているが、このものは医師などが被検出者毎に電極の位置合わせをしながら被検出者に生体情報検出センサを巻き付けなければならず、装着作業が煩雑で面倒である。更に、テキスタイル上に身体センサを多数配置しストレスに関する身体パラメータを検出する生体情報検出センサ（特許文献４参照）や、複数の心電センサの電極をテキスタイル上にアレイ配置する構成の生体情報検出センサ（特許文献５参照）が従来知られている。

しかし、これらは複数の電極（身体センサ）すべての信号を用いて所要の信号処理をする構成であり、被検査者の体形に応じた生体情報のみを正確に得ることが困難であり、複数の電極（身体センサ）の中から被検査者の体形に応じた必要な電極（身体センサ）のみを選択するという技術思想は存在しない。また、特許文献４及び５記載の生体情報検出センサでは、複数の電極すべての信号を用いるため、無駄な検出生体情報があり伝送する生体情報データ量が多く、大容量で高価なメモリが必要で、また消費電力が大きいという課題もある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、生体情報の被検出者毎の体形の相違によらず、より簡便な方法及び処理で局所的な被検出位置から所望の生体情報を正確に検出し測定できる生体情報検出センサ及び生体情報測定システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の生体情報検出センサは、被検出者が着用するテキスタイルにアレイ状に配置された３個以上の生体電位センサからなるアレイ状生体電位センサを備え、前記生体電位センサは、前記テキスタイルの表面に設けられたタッチセンサと、前記タッチセンサの配置位置に対応した前記テキスタイルの裏面の位置に設けられたセンサ電極とよりなり、３個以上の前記生体電位センサの中から任意に選択されて前記タッチセンサがタッチされた生体電位センサの前記センサ電極からの生体情報信号に基づき前記被検出者の生体情報を検出することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の生体情報測定システムは、被検出者が着用するテキスタイルの表面に設けられたタッチセンサと、前記タッチセンサの配置位置に対応した前記テキスタイルの裏面の位置に設けられたセンサ電極とよりなる生体電位センサが、前記テキスタイルにアレイ状に３個以上配置されたアレイ状生体電位センサと、３個以上の前記生体電位センサの各センサ電極からの各生体情報検出信号の中から、前記タッチセンサが任意に選択されてタッチされた生体電位センサの前記センサ電極から出力される前記生体情報検出信号を選択するスイッチング手段と、前記スイッチング手段から出力される前記生体情報検出信号を増幅して生体情報信号として出力する増幅手段と、前記増幅手段から出力される前記生体情報信号を送信する送信手段と、前記送信手段により送信された前記生体情報信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した前記生体情報信号に基づき前記被検出者の生体情報測定信号波形を表示部に表示させる演算手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、生体情報の被検出者毎の体形の相違によらず、より簡便な方法及び処理で局所的な被検出位置から所望の生体情報を正確に検出し測定できる。

本発明に係る生体情報検出センサの一実施形態の模式的正面図である。 （Ａ）は、１個の生体電位センサの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のA-A’線に沿う縦断側面図である。 本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態のブロック図である。 本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態の概略システム構成図である。 本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態の動作説明用フローチャートである。 図３中のＰＣの一例のブロック図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る生体情報検出センサの一実施形態の模式的正面図を示す。同図において、本実施形態の生体情報検出センサ１０は、被検出者が着用する衣服（テキスタイル）の一例としてのＴシャツ１１の例えば前側に、アレイ状生体電位センサ１２、信号処理部１３、無線モジュール１４及びバッテリ１５が設けられている。アレイ状生体電位センサ１２及び信号処理部１３はフレキシブル配線１６により電気的に接続されている。バッテリ１５はフレキシブル配線１６を介してアレイ状生体電位センサ１２、信号処理部１３及び無線モジュール１４に電力を供給する。信号処理部１３、無線モジュール１４及びバッテリ１５は、Ｔシャツ１１に対して取外し可能なように、例えばマジックテープ（登録商標）で取り付けられている。

アレイ状生体電位センサ１２は、図１では７行６列のアレイ状（あるいはマトリクス状）の４２ヶ所の位置に配置された同じ構成の４１個の生体電位センサ１２０と１個の基準電圧用センサ１２９とからなり、互いにフレキシブル配線１６（具体的には後述する１６１又は１６２）により電気的に接続された構成である。図２（Ａ）は、１個の生体電位センサ１２０の平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のA-A’線に沿う縦断側面図を示す。同図（Ａ）、（Ｂ）中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図２（Ａ）、（Ｂ）において、生体電位センサ１２０は、主として生体電位センサ電極（以下、単にセンサ電極ともいう）１２１及びタッチセンサ１２２により構成されている。

タッチセンサ１２２は極薄の扁平な円柱状（円盤状）で、フレキシブル配線１６２を介して信号処理部１３に電気的に接続されており、人間の指でタッチした時にオン情報を出力する。タッチセンサ１２２の構成自体は本発明の要旨ではなく、また周知であるため、その構成説明は省略する。タッチセンサ１２２はその上面及び側面が透明の保護膜１２３により保護されている。保護膜１２３は、タッチセンサ１２２及びその周囲を被覆して保護する機能を備え、直径１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の底面の概略円柱状の形状を有する。保護膜１２３は透明であるため、図２（Ａ）に示すようにタッチセンサ１２２及びフレキシブル配線１６２が保護膜１２３の上から透かして見え、タッチセンサ１２２の位置が分かるようになされている。タッチセンサ１２２、保護膜１２３及びフレキシブル配線１６２は図２（Ｂ）に示すようにＴシャツ１１の前側表面に公知の方法で設けられている。

Ｔシャツ１１の前側裏面の、保護膜１２３に対応した位置には、図２（Ｂ）に示すように、所望の平面形状で比較的大なる面積のセンサ電極１２１が公知の印刷技術を適用して形成されている。センサ電極１２１は他の生体電位センサのセンサ電極（図示せず）及び信号処理部１３にフレキシブル配線１６１により電気的に接続されている。フレキシブル配線１６１及び１６２は、図１のフレキシブル配線１６を構成している。図２（Ｂ）に示したＴシャツ１１に取り付けられた状態のセンサ電極１２１及びタッチセンサ１２２からなるタッチセンサ付きセンサ電極の厚さは、例えば２〜３ｍｍ程度である。

センサ電極１２１は、被検出者の前側体表面である胸に直接的に接触するため、その材質は柔軟性を必要とし、導電性繊維等の導電性部材により構成されている。センサ電極１２１を構成する柔軟性を備えた導電性部材は被検出者の胸に沿って容易に変形するため、センサ電極１２１は被検出者に違和感なく装着される。導電性部材としては、白金、金、銀等の金属製の薄板、カーボン繊維、金属繊維、合成樹脂繊維などが用いられる。フレキシブル配線１６１及び１６２もセンサ電極１２１と同様の柔軟性を有し、波状の金属配線や伸縮性を持つ金属ペーストを印刷した導電パターンや導電性の被覆を施した繊維状材料などを用いることができる。なお、基準電圧用センサ１２９はタッチセンサ及びセンサ電極が設けられておらず、基準電圧を出力する構成とされている。

Ｔシャツ１１で代表される本発明で用いられるテキスタイルの基材は、柔軟性のある素材であればどのようなものも用いることができるが、ナイロンやポリエステルを用いたテキスタイルが好適に用いられる。Ｔシャツ１１上にセンサ電極１２１、タッチセンサ１２２、保護膜１２３、フレキシブル配線１６１及び１６２などを形成するためには、層間に粘着材や接着材を用いて貼付する必要がある。粘着材や接着材としてはＴシャツ１１上に塗布・硬化後に柔軟性を持ち、十分な粘着性・耐久性を持つ材料であればどのようなものも用いることができるが、好適にはウレタン系弾性接着材、ブチルゴム系接着材、シリコン系接着材などが用いられる。

フレキシブル配線１６１及１６２やセンサ電極１２１、タッチセンサ１２２、保護膜１２３のパターニング法としては、Ｔシャツ１１として用いるテキスタイル基材に公知の方法で織り込んだり、編み込んだりすることもできるし、テキスタイル基材上に直接、印刷等の手法によりパターニングすることもできる。好適には、印刷によりパターニングした粘着材上に導電性短繊維を貼着する公知の手法が用いられる。

フレキシブル配線１６１によるセンサ電極１２１と信号処理部１３内の電子部品との接合、及びフレキシブル配線１６２によるタッチセンサ１２２と信号処理部１３内の電子部品との接合には、十分な接合強度・低接触抵抗・耐久性・低プロセス温度が求められる。この接合には導電性と接着性とを持つ材料であればどのような接合材を用いることもできるが、好適には硬化型接着材に金属微粒子を添加した導電性接着材、若しくは異方導電性フィルム/ペースト、硬化型接着材にスズ・ビスマス系の低融点合金微粒子を添加したソルダーペースト等が用いられる。

次に、本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態について説明する。
図３は、本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態のブロック図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付してある。図３に示すように、本発明の一実施形態の生体情報測定システム２０は、アレイ状生体電位センサ１２、信号処理部１３、無線モジュール１４、及びモニタシステム３０からなる構成である(バッテリ１５は図示せず)。すなわち、本実施形態の生体情報測定システム２０は、図１に示したアレイ状生体電位センサ１２、信号処理部１３、無線モジュール１４及びバッテリ１５からなるＴシャツ１１上の生体情報検出センサの構成と、モニタシステム３０とが無線回線を介して接続された構成である。

アレイ状生体電位センサ１２は、各々図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した構成の生体電位センサ１２０がＴシャツ上に複数個（図１の例では４１個）アレイ状に配置されている場合の、各生体電位センサ電極１２１及び１個の基準電圧用センサ１２９からなる生体電位センサ電極群（以下、単にセンサ電極群ともいう）１２１０と、生体電位センサ電極１２１に１対１に対応してアレイ状に配置された複数個の生体電位センサの各タッチセンサ１２２からなるタッチセンサ群１２２０とを備える。

信号処理部１３は、タッチセンサ用の第１のマイクロ・コントロール・ユニット（ＭＣＵ：Micro Control Unit）１３１、アナログスイッチング回路１３２、差動増幅器１３３、及び心電信号用の第２のマイクロ・コントロール・ユニット（ＭＣＵ）１３４から構成されている。第１のＭＣＵ１３１はタッチセンサ群１２２０の各タッチセンサ１２２にフレキシブル配線１６２を別々に介して電気的に接続されており、タッチセンサ群１２２０の複数個のタッチセンサのスイッチング状態を検出したスイッチング検出信号をアナログスイッチング回路１３２にスイッチ制御信号として出力する。また、第１のＭＣＵ１３１は、スイッチング検出信号を後述する無線モジュール１４に出力する。

アナログスイッチング回路１３２は、センサ電極群１２１０の各センサ電極１２１にフレキシブル配線１６１を別々に介して電気的に接続されており、センサ電極群１２１０により得られた心臓の生体情報検出信号である複数の心電信号の差動増幅器１３３への出力経路を、第１のＭＣＵ１３１からのスイッチ制御信号によりスイッチング制御する。差動増幅器１３３は、１個の非反転入力端子(+)と１個の反転入力端子(-)とを一組としたとき、全部でｎ組（ｎはＰＣ３２の画面上に同時に表示可能な心電波形の最大数（チャンネル数）と同じ自然数）の入力端子と一つの基準電圧入力端子とを有する。なお、ｎの最大値はタッチセンサ群１２２０を構成するタッチセンサの総数（あるいはセンサ電極群１２１０を構成するセンサ電極の総数）の１／２の値であるが、差動増幅器１３３の入力端子組数はこの値未満であってもよい。

差動増幅器１３３は、タッチされた或るタッチセンサに対応して設けられたセンサ電極群１２１０の中の一つのセンサ電極から一組の非反転入力端子に供給される第１の生体情報検出信号と、タッチされた別のタッチセンサに対応して設けられたセンサ電極群１２１０の中の別の一つのセンサ電極から同じ組の反転入力端子に供給される第２の生体情報検出信号との差動増幅を行い、センサ電極群１２１０の中の基準電圧用センサ１２９からの基準電圧（通常はグラウンド電圧）を基準とした差動増幅信号を一つのチャンネルの心電信号として生成して第２のＭＣＵ１３４へ出力する。同様にして、差動増幅器１３３は、全部でｎチャンネルの心電信号を生成して第２のＭＣＵ１３４へ出力することができる。ただし、後述するように、差動増幅器１３３は、診断者により設定された任意の取得チャンネル数ｍ（ただし、ｍ≦ｎ）の心電信号を出力する。第２のＭＣＵ１３４は、差動増幅器１３３からの心電信号をＡＤ変換して心電信号データとし、それを無線モジュール１４へ出力する。無線モジュール１４はモニタシステム３０との間で無線通信する。

モニタシステム３０は、無線モジュール３１とパーソナルコンピュータ（ＰＣ；Personal Computer）３２とからなる。無線モジュール３１は、無線モジュール１４との間で微弱無線あるいは小電力無線により通信する。ＰＣ３２は図６のブロック図に示すように、演算部３２１、記憶部３２２、表示部３２３及び入力部３２４が双方向バス３２５を介して接続され、記憶部３２２に記憶されたプログラムに従う演算部３２１による演算処理により所定のソフトウェア動作を行う公知の構成とされている。入力部３２４は生体情報測定システム２０のモードを電極選択モード又は記録モードに設定する。また、表示部３２３はアレイ状生体電位センサ１２や無線モジュール３１で受信した心電信号などを表示する。演算部３２１は、記憶部３２２に対し心電信号データの書き込み及び読み出しを行う。ＰＣ３２と無線モジュール３１とは双方向バス３２５により接続されている。

図４は、本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態の概略システム構成図を示す。同図中、図１〜図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４に示すように、本実施形態の生体情報測定システム２０においては、被検出者５０がＴシャツ１１を着用した状態で、電極選択モードのときにＴシャツ１１の前側表面に設けられたアレイ状生体電位センサ１２のタッチセンサ群１２２０のうちの所定のタッチセンサを選択して、医師等の診断者がａ、ｂ、ｃ、ｄで示す如く指で順番にタッチする。なお、タッチセンサ群１２２０の中のタッチされるタッチセンサは、被検出者５０の体形に合わせて心電波形を最適に取得できる位置のタッチセンサを診断者が選択して決定する。したがって、被検出者５０の体形が変われば、それに応じて心電波形を取得できる最適なタッチセンサが診断者により適宜変更されて選択されるので、選択されるタッチセンサの位置は図４の位置に限定されない。

タッチされたタッチセンサに対応して設けられているセンサ電極により検出された生体情報検出信号は、後述する動作により信号処理部１３及び無線モジュール１４を経由してモニタシステム３０の無線モジュール３１へ心電信号として無線送信される。モニタシステム３０は無線モジュール３１及びＰＣ３２からなり、ＰＣ３２は筐体３３０及び表示部３２３を有する。ＰＣ３２の筐体３３０内には図６に示した演算部３２１.記憶部３２２が収納されており、入力部３２４は筐体３３０の外部にキーボード（図示せず）として設けられている。ＰＣ３２は無線モジュール３１で受信した心電信号を筐体３３０内の演算部３２１にて表示に適した信号形態に処理し、表示部３２３に４２及び４３で示すように表示する。表示波形４２はａ，ｂで示した２ヶ所の位置のタッチセンサからの２つの生体情報検出信号を差動増幅して得られた第１チャンネルの心電信号波形であり、表示波形４３はｃ，ｄで示した２ヶ所の位置のタッチセンサからの２つの生体情報検出信号を差動増幅して得られた第２チャンネルの心電信号波形である。なお、表示部３２３の表示領域４１にはアレイ状生体電位センサ１２のタッチセンサ群１２２０が表示されるとともに、その中のタッチされた位置のタッチセンサが周囲のタッチされていないタッチセンサの色とは異なる所定の色相で表示される。

すなわち、表示部３２３中のタッチセンサ群の表示領域４１において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ診断者がタッチしたａ、ｂ、ｃ、ｄで示したタッチセンサの位置に対応したタッチセンサを示しており、それぞれ互いに異なる色相で、かつ、タッチされていないタッチセンサとも異なる色相で表示される。なお、表示領域４１内の７行１列目のタッチセンサは黒色で表示されており、共通グラウンドの基準電圧センサであることを示している。なお、タッチされたタッチセンサの位置が少なくともタッチされていないタッチセンサの位置と識別できればよいので、タッチされたタッチセンサの位置をタッチされていないタッチセンサの位置と異なる色相で、かつ、同じ色相で表示してもよい。

次に、図３及び図４に示した本実施形態の生体情報測定システム２０の動作について、図５のフローチャートを併せ参照して説明する。図５は、本発明に係る生体情報測定システムの一実施形態の動作説明用フローチャートを示す。
まず、ＰＣ３２の入力部３２４により電極選択モードに設定する（ステップＳ１）。電極選択モード設定時には、ＰＣ３２から無線モジュール３１を経由して無線モジュール１４へ電極選択モード信号が送信されると共に、図４に示したように表示部３２３の表示領域４１にタッチセンサ群１２２０が表示される。無線モジュール１４は受信電極選択モード信号をタッチセンサ用のＭＣＵ１３１に供給する。ＭＣＵ１３１は受信電極選択モード信号が供給されると、タッチセンサ群１２２０からフレキシブル配線を介して供給されるセンサ位置信号の入力許可状態に制御されると共に、アナログスイッチング回路１３２をセンサ電極群１２１０からフレキシブル配線を介して供給される検出信号の選択可能状態とする。

続いて、ＰＣ３２は表示部３２３に例えば「心電波形取得数を入力してください。」というメッセージ（図４では図示省略）を表示し（ステップＳ２）、その後入力部３２４から入力された任意の心電波形取得数を取得チャンネル数ｍとして設定する（ステップＳ３）。取得チャンネル数ｍは、診断者が被検出者の体形に合わせて選択した心電波形取得数であり、例えば記憶部３２２に記憶される。心電信号波形は２つのセンサ電極（＋電極と−電極）からの生体情報検出信号の電位差からなり、これを１チャンネルの心電信号とする。続いて、ＰＣ３２の演算部３２１は内部の変数ｘを初期値の「１」に設定する（ステップＳ４）。

その後、タッチセンサ群１２２０の中の一つのタッチセンサがタッチされると、ＭＣＵ１３１はその最初にタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号をアナログスイッチング回路１３２にスイッチ制御信号として供給して、センサ電極群１２１０の中から上記最初にタッチされたタッチセンサに対応したセンサ電極からの生体情報検出信号を、差動増幅器１３３のチャンネル番号ｘ＝１の非反転入力端子に供給する（ステップＳ５）。このとき生体情報検出信号を供給するセンサ電極は＋電極となり、これを本明細書では「ch1+電極設定」というものとする。

また、上記の最初にタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号は、ＭＣＵ１３１から無線モジュール１４を経由して無線モジュール３１に送信され、更にこれよりＰＣ３２に供給される。ＰＣ３２の演算部３２１は入力されたセンサ位置信号に基づいて、表示部３２３に表示されているタッチセンサ群１２２０の中から最初にタッチされた位置のタッチセンサをそれ以外のタッチされていないタッチセンサとは異なる色相で表示させる（ステップＳ６）。例えば、最初にタッチされたタッチセンサが図４にａで示した２行２列目の位置のタッチセンサであるものとすると、表示部３２３中のタッチセンサ群の表示領域４１において、Ａで示したタッチセンサが他のタッチセンサと異なる所定の色相に変化する。

続いて、診断者がタッチセンサ群１２２０の中の別のタッチセンサをタッチすると、ＭＣＵ１３１はその２番目にタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号をアナログスイッチング回路１３４にスイッチ制御信号として供給して、センサ電極群１２１０の中から上記２番目にタッチされたタッチセンサに対応したセンサ電極からの生体情報検出信号を、差動増幅器１３３のチャンネル番号ｘ＝１の反転入力端子に供給する（ステップＳ７）。このとき生体情報検出信号を供給するセンサ電極は−電極となり、これを本明細書では「ch1-電極設定」というものとする。

また、上記の２番目にタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号は、ＭＣＵ１３１から無線モジュール１４を経由して無線モジュール３１に送信され、更にこれよりＰＣ３２に供給される。ＰＣ３２の演算部３２１は入力されたセンサ位置信号に基づいて、表示部３２３に表示されているタッチセンサ群１２２０の中から２番目にタッチされた位置のタッチセンサをそれ以外のタッチされていないタッチセンサ及び１番目にタッチされたタッチセンサとはそれぞれ異なる色相で表示させる（ステップＳ８）。例えば、２番目にタッチされたタッチセンサが図４にｂで示した１行４列目の位置のタッチセンサであるものとすると、表示部３２３中のタッチセンサ群の表示領域４１において、Ｂで示したタッチセンサが他のタッチセンサと異なる所定の色相に変化する。

差動増幅器１３３はチャンネル番号ｘ＝１の非反転入力端子及び反転入力端子にそれぞれ入力された２つのセンサ電極（＋電極及び−電極）からの生体情報検出信号を差動増幅して基準電圧を基準とした差動増幅信号を生成し、それをＭＣＵ１３４へ第１チャンネルの心電信号として供給する。ＭＣＵ１３４は、供給された第１チャンネルの心電信号をＡＤ変換した後無線モジュール１４に供給し、これより無線モジュール３１へ無線送信させる。ＰＣ３２の演算部３２１は無線モジュール３１で受信された第１チャンネルの心電信号データを表示に適した演算処理を行い、表示部３２３に１番目と２番目にそれぞれタッチされたタッチセンサ間の第１チャンネルの心電信号波形を表示する（以上、ステップＳ９）。これにより、例えば上記の例では図４に４２で示すように、１番目と２番目にそれぞれタッチされたタッチセンサＡ，Ｂ間の第１チャンネルの心電信号波形の表示が表示部３２３において行われる。

続いて、ＰＣ３２は変数ｘが任意に設定した取得チャンネル数ｍと等しいかどうかを判定する（ステップＳ１０）。取得チャンネル数ｍを一例として「４」であるものとすると、この時点ではｘ＝１であるので、演算部３２１はステップＳ１０でｘ≠ｍと判定し、変数ｘを現在の値から「１」だけ加算して「２」とした後（ステップＳ１１）、再びステップＳ５の処理に戻る。ステップＳ５では、ＭＣＵ１３１はセンサ電極群１２１０の中から３番目にタッチされたタッチセンサに対応したセンサ電極からの生体情報検出信号を、差動増幅器１３３のチャンネル番号２の非反転入力端子に供給する（ch2+電極設定）と共に、３番目にタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号を無線モジュール１４及び無線モジュール３１を経由してＰＣ３２に供給する。これにより、ＰＣ３２の演算部３２１は入力されたセンサ位置信号に基づいて、表示部３２３に表示されているタッチセンサ群１２２０の中から３番目にタッチされた位置のタッチセンサをそれ以外のタッチされていないタッチセンサ及び既にタッチされたタッチセンサとはそれぞれ異なる色相で表示させる（ステップＳ６）。

続いて、ＭＣＵ１３１はセンサ電極群１２１０の中から４番目にタッチされたタッチセンサに対応したセンサ電極からの生体情報検出信号を、差動増幅器１３３のチャンネル番号２の反転入力端子に供給し（ch2-電極設定）（ステップＳ７）、これと同時に４番目にタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号を無線モジュール１４及び無線モジュール３１を経由してＰＣ３２に供給する。これにより、ＰＣ３２の演算部３２１は入力されたセンサ位置信号に基づいて、表示部３２３に表示されているタッチセンサ群１２２０の中から４番目にタッチされた位置のタッチセンサをそれ以外のタッチされていないタッチセンサ及び既にタッチされたタッチセンサとはそれぞれ異なる色相で表示させる（ステップＳ８）。

差動増幅器１３３はチャンネル番号２の非反転入力端子及び反転入力端子にそれぞれ入力された２つのセンサ電極（＋電極及び−電極）からの生体情報検出信号を差動増幅して基準電圧を基準とした差動増幅信号を生成し、それをＭＣＵ１３４へ第２チャンネルの心電信号として供給する。ＭＣＵ１３４は、供給された第２チャンネルの心電信号をＡＤ変換した後無線モジュール１４に供給し、これより無線モジュール３１へ無線送信させる。ＰＣ３２の演算部３２１は無線モジュール３１で受信された第２チャンネルの心電信号データを表示に適した演算処理を行い、表示部３２３に３番目と４番目にそれぞれタッチされたタッチセンサ間の第２チャンネルの心電信号波形を表示する（以上、ステップＳ９）。これにより、例えば上記の例では図４に４３で示すように、３番目と４番目にそれぞれタッチされたタッチセンサＣ，Ｄ間の第２チャンネルの心電信号波形の表示が表示部３２３において行われる。

以下、同様にしてステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ５〜Ｓ９の動作が２回繰り返されて、５番目と６番目にそれぞれタッチされた２つのタッチセンサ間の第３チャンネルの心電信号波形の表示と、７番目と８番目にそれぞれタッチされた２つのタッチセンサ間の第４チャンネルの心電信号波形の表示が順次に行われる。この時点でｘ＝４となっているので、次のステップＳ１０で演算部３２１は変数ｘと取得チャンネル数ｍとがそれぞれ「４」で等しいと判定する。これにより、演算部３２１は取得チャンネル数ｍだけ心電信号が取得されて表示されたと判断し、表示部３２３に例えば「電極選択は以上でよろしいですか。」というメッセージ（図４では図示省略）を表示する（ステップＳ１２）。

この表示に従い診断者が入力部３２９により「はい」を示す入力をすると、ＰＣ３２は
生体情報測定システム２０のモードを記録モードに切替設定する（ステップＳ１３）。一方、診断者が入力部３２９により「いいえ」を示す入力をすると、ＰＣ３２はステップＳ４の処理に戻り、再びステップＳ４の変数ｘの設定以降の処理を行う。これは、心電信号波形が取得チャンネル数ｍだけ得られたとしても、タッチセンサのタッチ操作にミスがあってやり直したい場合や、より最適な心電信号波形を得るためにタッチ操作をやり直したい場合を考慮したものである。なお、「はい」、「いいえ」の入力は入力部３２９を用いるのではなく、表示部３２３の画面の一部に判定のための入力ボタンを表示させて、それを選択させるようにしてもよい。

ステップＳ１３で記録モードに切替設定することにより、生体情報測定システム２０の１チャンネル当たり２つのセンサ電極（＋電極及び−電極）間の心電信号を任意のチャンネル数取得する電極選択モード設定の処理が終了する。生体情報測定システム２０は、記録モードではＰＣ３２から無線モジュール３１を経由して無線モジュール１４へ記録モード信号が送信される。無線モジュール１４は受信記録モード信号をタッチセンサ用のＭＣＵ１３１に供給する。ＭＣＵ１３１は受信記録モード信号が供給されると、アナログスイッチング回路１３２をセンサ電極群１２１０からフレキシブル配線を介して供給される生体情報検出信号の選択不可状態（出力禁止状態）とする。これにより、記録モードでは、タッチセンサ群１２２０のタッチセンサのタッチの有無に関係なく、直前の電極選択モードで取得されて記憶部３３２に記憶されたチャンネル数ｍの心電信号データは変化せず保持される。

このように、本実施形態によれば、Ｔシャツ１１上のアレイ状生体電位センサ１２のタッチセンサ群１２２０を構成する複数のタッチセンサの中から、診断者が被検出者の体形に合わせてタッチするタッチセンサを選択するだけで、選択したタッチセンサの位置に対応して設けられているセンサ電極からの生体情報検出信号に基づく心電信号を無線通信で得ることができるので、被検出者毎の体形の相違によるセンサ電極の位置合わせを気にすることなく、局所的な被検出位置から所望の心電信号を簡便に、かつ、正確に検出して測定することができる。

また、本実施形態によれば、タッチセンサ群１２２０を構成する複数のタッチセンサの中から選択したタッチセンサに対応して設けられたセンサ電極からの生体情報検出信号のみに基づいた心電信号データを無線通信するようにしたため、無駄な心電信号データを通信することがなくなり、心電信号データを保持するメモリとして小容量の安価なメモリを使用でき、またバッテリも小容量のものを使用でき、更に消費電力を低減できる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含する。例えば、実施形態ではＴシャツ１１の前側にのみアレイ状生体電位センサ１２を設けるように説明したが、Ｔシャツ１１の後側にのみ、あるいは前側と後側の両方にアレイ状生体電位センサを設けるようにしてもよい。特にＴシャツ１１の前側と後側の両方にアレイ状生体電位センサを設けた場合は、３次元の検出範囲の心電信号波形が得られるので、より精度の高い心電測定ができて好ましい。

また、実施形態ではアレイ状生体電位センサ１２は、４１個の生体電位センサ１２０と１個の基準電圧用センサ１２９とからなるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、生体電位センサ１２０のようなタッチセンサ付きのセンサ電極は３個以上あればよい。２個のセンサ電極を＋電極と−電極として１チャンネルの心電信号を取得する構成であり、センサ電極が３個の場合はそのうちの２個を選択できるからである。なお、基準電極用センサは常に１つである。また、タッチセンサの平面形状は円形に限定されるものではない。

また、本実施形態ではタッチセンサ群１２２０の中のタッチされたタッチセンサはタッチされていないタッチセンサと色相を変えて表示部３２３で表示するようにしたため、タッチされたタッチセンサの位置は色相から識別可能であるが、タッチセンサ及びセンサ電極と１対１に対応させて発光ダイオード（ＬＥＤ）を設けて、タッチされたタッチセンサに対応して設けられたＬＥＤのみを発光する構成を実施形態の構成に代えてあるいは追加するようにしてもよい。また、実施形態では心電信号を取得するように説明したが、本発明は筋電、呼吸数、体温などの他の生体情報の検出も可能である。更に、信号処理部とモニタシステムとの間の通信は有線通信により行うことも原理的には可能である。

本発明は、人間の健康モニタリングを目的として、心電、筋電、呼吸数、体温などの生体情報を検出するウェアラブルセンサなど、フレキシブルデバイスの使用可能な分野に広く応用されると期待できる。

１０ 生体情報検出センサ
１１ Ｔシャツ
１２ アレイ状生体電位センサ
１３ 信号処理部
１４、３１ 無線モジュール
１５ バッテリ
１６、１６１、１６２ フレキシブル配線
２０ 生体情報測定システム
３０ モニタシステム
３２ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
４１ タッチセンサ群の表示領域
４２、４３ 心電信号表示波形
５０ 被検出者
１２０ 生体電位センサ
１２１ 生体電位センサ電極（センサ電極）
１２２ タッチセンサ
１２３ 保護膜
１３１ タッチセンサ用ＭＣＵ
１３２ アナログスイッチング回路
１３３ 差動増幅器
１３４ 心電信号用ＭＣＵ
３２３ ＰＣの表示部
３３０ ＰＣの筐体
１２１０ 生体電位センサ電極群（センサ電極群）
１２２０ タッチセンサ群

Claims (5)

1. 被検出者が着用するテキスタイルにアレイ状に配置された３個以上の生体電位センサからなるアレイ状生体電位センサを備え、
   前記生体電位センサは、
   前記テキスタイルの表面に設けられたタッチセンサと、
   前記タッチセンサが設けられた位置の前記テキスタイルの裏面側に設けられたセンサ電極とを有し、
   前記タッチセンサに電気的に接続され、該タッチセンサのスイッチング状態を検出し、スイッチング検出制御信号を出力する検出手段と、
   前記スイッチング検出制御信号により前記タッチセンサがタッチされた前記生体電位センサの前記センサ電極から出力される生体情報検出信号を選択するスイッチング手段と、
   前記スイッチング手段から出力される前記生体情報検出信号を増幅して生体情報信号として出力する増幅手段と、を前記テキスタイルにさらに備え、
   前記３個以上の前記生体電位センサの中から、前記タッチセンサが任意にタッチされた生体電位センサを前記検出手段が検出して、前記スイッチング検出制御信号が示す前記生体電位センサの前記センサ電極からの生体情報検出信号を前記スイッチング手段が選択することにより前記被検出者の生体情報を検出する、生体情報検出センサ。
2. 前記アレイ状生体電位センサは、前記テキスタイルの前側及び後側のどちらか一方、又は両方に配置されていることを特徴とする請求項１記載の生体情報検出センサ。
3. 前記スイッチング手段は、３個以上の前記生体電位センサの各センサ電極からの各生体情報検出信号の中から、前記タッチセンサがタッチされた異なる２個の生体電位センサの前記センサ電極から出力される２つの生体情報検出信号を順次に選択して出力し、
   前記増幅手段は、前記スイッチング手段から出力される前記２つの生体情報検出信号を差動増幅した増幅信号を前記生体情報信号として出力することを特徴とする請求項１または２記載の生体情報検出センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体情報検出センサと、
   前記増幅手段から出力される前記生体情報信号を送信する送信手段と、
   前記送信手段により送信された前記生体情報信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信した前記生体情報信号に基づき前記被検出者の生体情報測定信号波形を表示部に表示させる演算手段と、
   を備えることを特徴とする生体情報測定システム。
5. ３個以上の前記生体電位センサの各タッチセンサのうちタッチされたタッチセンサの位置を示すセンサ位置信号を出力する位置検出手段を更に有し、
   前記送信手段は前記センサ位置信号を送信し、前記受信手段は送信された前記センサ位置信号を受信し、
   前記演算手段は、前記表示部に前記アレイ状生体電位センサを構成する３個以上の前記生体電位センサの各タッチセンサの配置位置を示すタッチセンサ群の表示領域を設け、前記受信手段により受信された前記センサ位置信号に基づいて前記タッチセンサ群の表示領域に表示されている各タッチセンサの中からタッチされたタッチセンサの位置を識別表示させることを特徴とする請求項４記載の生体情報測定システム。

Images