JP2017221417A - Wearable device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心電波形などの生体信号を測定するウェアラブルデバイスに係り、特に測定した生体信号に応じて生体への電気刺激提示が可能なウェアラブルデバイスに関するものである。 The present invention relates to a wearable device that measures a biological signal such as an electrocardiographic waveform, and more particularly to a wearable device that can present an electrical stimulus to a living body according to the measured biological signal.
近年、健康に関する関心の増大に伴い、今までは病院等での検査でしか分からなかったある時点における生体情報を、日常生活の中で記録し、解析することで、日常生活における長時間の心身の状態をモニタリングする健康管理方法が普及し始めている。生体情報としては、心拍数やＲ−Ｒ間隔、心電波形、歩数、活動量、身体加速度などが利用されている。このような生体情報を日常的にモニタリングすることで、健康増進に向けた生活スタイルの改善や、疾患の早期発見などに活かすことが可能である。 In recent years, with increasing interest in health, biometric information at a certain point, which has been known only by examinations at hospitals, etc., has been recorded and analyzed in daily life. Health management methods for monitoring the condition of children are beginning to spread. As biological information, a heart rate, an RR interval, an electrocardiogram waveform, the number of steps, an activity amount, a body acceleration, and the like are used. By monitoring such biological information on a daily basis, it is possible to make use of it for improving lifestyles and promoting early detection of diseases.
上記の健康管理方法の発展は、技術の発展に伴い装置が小型化し、持ち運ぶことや身に付けることが可能となったことで、より長時間のモニタリングが使用者への負担を最小限にしつつ可能となったことが大きい。身に付けることが可能な装置をウェアラブルデバイスと呼ぶが、このようなウェアラブルデバイスとして、代表的なスマートウォッチに加え、着るだけで生体情報をモニタリングすることができる衣類も開発されるなど研究開発が推進されている（非特許文献１参照）。 With the development of the above health management methods, devices have become smaller with the development of technology and can be carried and worn, so that longer monitoring can minimize the burden on the user. It is great that it has become possible. Devices that can be worn are called wearable devices. As such wearable devices, in addition to typical smart watches, clothing that can monitor biological information simply by wearing them has been developed. (See Non-Patent Document 1).
ウェアラブルデバイスは、身につけても使用者に負担とならないよう、小型・軽量であるという特性上、演算機能やディスプレイサイズが制限されるため、視覚的な情報提示装置としては適さない。そのため、生体情報を検出するウェアラブルデバイスの多くは、検出した生体情報のデータをスマートフォンなどの外部機器に送信するようになっており、データの解析や可視化は外部機器上で行なうことがほとんどであった。 Wearable devices are not suitable as a visual information presentation device because of their small size and light weight, which limits their calculation functions and display size so that they do not burden the user even when worn. For this reason, many wearable devices that detect biological information transmit data of detected biological information to an external device such as a smartphone, and data analysis and visualization are mostly performed on the external device. It was.
ウェアラブルデバイスを身に付ける使用者は、リアルタイム性に価値のある、測定されたデータ、例えば心拍数や呼吸数などを確認する場合、ウェアラブルデバイスに設けられた小さなディスプレイ、もしくは外部機器のディスプレイに視線を向ける必要がある。 The user wearing the wearable device looks at the small display provided on the wearable device or the display of an external device when checking the measured data that is valuable in real time, such as heart rate and respiration rate. It is necessary to turn.
ウェアラブルデバイスの小さなディスプレイに視線を向ける場合、ウェアラブルデバイスが使用者の視線を向けられる位置に装着されている必要があり、装着位置が腕などに限定されるという問題があり、またそれまで見ていたものから視線を逸らす必要があった。外部機器のディスプレイに視線を向ける場合、外部機器を手で持つなどの行為が必要であり、視線を逸らすだけでなく、手が塞がってしまうという問題があった。このようにウェアラブルデバイスを利用するシステムでは、リアルタイムの情報提示に上記のような問題があった。 When looking at a small display of a wearable device, the wearable device must be worn at a position where the user can look at it, and the wearing position is limited to the arm etc. It was necessary to shift the line of sight from the object. In order to direct the line of sight to the display of the external device, an action such as holding the external device by hand is necessary, and there is a problem that the hand is blocked as well as deflecting the line of sight. As described above, the system using the wearable device has the above-described problem in real-time information presentation.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、使用者の視線を逸らさせたり、使用者の手を塞いだり、使用者の聴覚を妨害したりすることなしに、生体信号の検出結果を使用者に提示することが可能となるウェアラブルデバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and detects a biological signal without diverting the user's line of sight, blocking the user's hand, or disturbing the user's hearing. An object of the present invention is to provide a wearable device that can present a result to a user.
本発明のウェアラブルデバイスは、使用者が身に付ける基材に、使用者の体表面と接触するように配置された生体信号測定用電極および生体電気刺激用電極と、前記生体信号測定用電極を介して使用者の生体信号を測定し、この生体信号に応じた電気刺激信号を、前記生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に印加する生体信号測定端末と、この生体信号測定端末を前記基材に着脱自在に装着するためのインタフェースと、前記基材に設けられ、前記インタフェースに装着された生体信号測定端末と前記生体信号測定用電極および生体電気刺激用電極とを電気的に接続する配線とを備えることを特徴とするものである。 The wearable device of the present invention includes a biological signal measuring electrode and a bioelectric stimulation electrode arranged on a base material worn by a user so as to be in contact with the body surface of the user, and the biological signal measuring electrode. A biological signal measuring terminal for measuring a biological signal of the user through the bioelectric signal, and applying an electrical stimulation signal corresponding to the biological signal to the user's body through the bioelectric stimulation electrode, and the biological signal measuring terminal An interface for detachably attaching to the base material, and a biological signal measurement terminal provided on the base material and attached to the interface, electrically connected to the biological signal measurement electrode and the bioelectric stimulation electrode And a wiring to be provided.
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記生体信号測定端末は、前記生体信号として使用者の心電波形を測定する生体信号測定手段と、前記生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段と、前記心電波形から生体特徴量としてＲ波を検出し、このＲ波の検出の度に前記生体電気刺激手段から前記電気刺激信号を出力させるための制御信号を出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記生体信号測定端末は、前記生体信号として使用者の心電波形を測定する生体信号測定手段と、前記生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段と、前記心電波形から生体特徴量として、Ｒ波と１つ前のＲ波の間隔であるＲ−Ｒ間隔を検出し、このＲ−Ｒ間隔と同じ時間間隔で前記生体電気刺激手段から前記電気刺激信号を出力させるための制御信号を出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記生体信号測定端末は、さらに、二次電池によって電源電圧を供給する電源供給手段と、前記二次電池を充電中の場合に、前記生体電気刺激手段の電源入力端子と前記電源供給手段の出力端子との接続を遮断する電源遮断手段とを備えることを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the wearable device of the present invention, the biological signal measurement terminal includes a biological signal measuring unit that measures a user's electrocardiographic waveform as the biological signal, and the user via the bioelectric stimulation electrode. Bioelectric stimulation means for applying an electrical stimulation signal to the body of the patient, and detecting an R wave as a biological feature from the electrocardiogram waveform, and outputting the electrical stimulation signal from the bioelectric stimulation means each time this R wave is detected And a control means for outputting a control signal for causing the control signal to be generated.
Further, in one configuration example of the wearable device of the present invention, the biological signal measurement terminal includes a biological signal measuring unit that measures a user's electrocardiographic waveform as the biological signal, and the user via the bioelectric stimulation electrode. A bioelectric stimulation means for applying an electrical stimulation signal to the body of the patient, and an RR interval, which is an interval between the R wave and the previous R wave, is detected as a biometric feature from the electrocardiogram waveform. And a control means for outputting a control signal for outputting the electrical stimulation signal from the bioelectric stimulation means at the same time interval as the interval.
Further, in one configuration example of the wearable device of the present invention, the biological signal measurement terminal further includes a power supply means for supplying a power supply voltage by a secondary battery, and the bioelectricity when the secondary battery is being charged. And a power cutoff unit that cuts off a connection between the power input terminal of the stimulation unit and the output terminal of the power supply unit.
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記生体信号測定端末は、さらに、二次電池によって電源電圧を供給する電源供給手段と、前記生体信号測定手段と前記生体電気刺激手段と前記制御手段のそれぞれの電源入力端子と、前記電源供給手段の出力端子との接続を開閉する電源スイッチと、前記二次電池の充電用コネクタとを備え、前記電源スイッチは、電源オンの位置にあるときに、可動部が前記充電用コネクタを閉塞し、電源オフの位置にあるときに、前記可動部による前記充電用コネクタの閉塞を解除し、前記充電用コネクタに充電器のコネクタが接続されているときに、前記電源オンの位置への移動が不可となるスライド式のスイッチであることを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記生体電気刺激手段の出力回路は、前記制御手段からの制御信号に応じて正極性、負極性、両極性のいずれかの極性で前記電気刺激信号を出力することを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記制御手段は、前記心電波形から生体特徴量を検出する第１の制御手段と、前記生体特徴量に応じて前記制御信号を前記生体電気刺激手段に出力する第２の制御手段とから構成され、前記第１の制御手段と前記第２の制御手段とは、異なるクロック周波数で動作することを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記生体信号測定端末は、さらに、前記生体信号の測定によって取得したデータを外部機器に送信すると共に、前記外部機器から前記電気刺激信号の出力制御のための情報を受信する無線通信手段を備えることを特徴とするものである。
In the configuration example of the wearable device according to the present invention, the biological signal measurement terminal further includes a power supply unit that supplies a power supply voltage by a secondary battery, the biological signal measurement unit, the biological electrical stimulation unit, and the control. A power switch for opening and closing a connection between each power input terminal of the means, and an output terminal of the power supply means, and a charging connector for the secondary battery, wherein the power switch is in a power-on position. In addition, when the movable portion closes the charging connector and is in a power-off position, the charging connector is unblocked by the movable portion, and the charger connector is connected to the charging connector. In some cases, the switch is a slide type switch that cannot be moved to the power-on position.
Moreover, in one configuration example of the wearable device of the present invention, the output circuit of the bioelectric stimulation means has the positive polarity, the negative polarity, or both polarities according to a control signal from the control means. A signal is output.
Further, in one configuration example of the wearable device of the present invention, the control unit includes a first control unit that detects a biometric feature amount from the electrocardiogram waveform, and the control signal is transmitted according to the biometric feature amount. The second control means outputs to the stimulation means, and the first control means and the second control means operate at different clock frequencies.
Moreover, in one configuration example of the wearable device of the present invention, the biological signal measurement terminal further transmits data acquired by measuring the biological signal to an external device, and outputs the electrical stimulation signal from the external device. It is characterized by comprising wireless communication means for receiving information for the purpose.
本発明によれば、生体信号測定用電極を介して使用者の生体信号を測定し、この生体信号に応じた電気刺激信号を、生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に印加することにより、使用者の視線を逸らさせたり、使用者の手を塞いだり、使用者の聴覚を妨害したりすることなしに、生体信号の検出結果を使用者に提示することが可能となる。 According to the present invention, a user's biological signal is measured via the biological signal measuring electrode, and an electrical stimulation signal corresponding to the biological signal is applied to the user's body via the biological electrical stimulation electrode. Thus, the detection result of the biological signal can be presented to the user without diverting the user's line of sight, blocking the user's hand, or disturbing the user's hearing.
また、本発明では、生体信号測定端末に、生体信号として使用者の心電波形を測定する生体信号測定手段と、生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段と、心電波形から生体特徴量としてＲ波を検出し、このＲ波の検出の度に生体電気刺激手段から電気刺激信号を出力させるための制御信号を出力する制御手段とを設けることにより、Ｒ波の検出結果を使用者に提示することが可能となる。 Further, in the present invention, a biological signal measuring means for measuring a user's electrocardiogram waveform as a biological signal to the biological signal measuring terminal, and a living body that applies an electrical stimulation signal to the user's body via the bioelectric stimulation electrode. Electrical stimulation means and control means for detecting an R wave as a biological feature from the electrocardiogram waveform and outputting a control signal for outputting the electrical stimulation signal from the biological electrical stimulation means each time the R wave is detected are provided. As a result, the detection result of the R wave can be presented to the user.
また、本発明では、生体信号測定端末に、生体信号として使用者の心電波形を測定する生体信号測定手段と、生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段と、心電波形から生体特徴量として、Ｒ波と１つ前のＲ波の間隔であるＲ−Ｒ間隔を検出し、このＲ−Ｒ間隔と同じ時間間隔で生体電気刺激手段から電気刺激信号を出力させるための制御信号を出力する制御手段とを設けることにより、Ｒ−Ｒ間隔の検出結果を使用者に提示することが可能となる。 Further, in the present invention, a biological signal measuring means for measuring a user's electrocardiogram waveform as a biological signal to the biological signal measuring terminal, and a living body that applies an electrical stimulation signal to the user's body via the bioelectric stimulation electrode. An RR interval, which is an interval between the R wave and the previous R wave, is detected as a biometric feature amount from the electrostimulation means and the electrocardiogram waveform, and from the bioelectric stimulation means at the same time interval as this RR interval. By providing a control means for outputting a control signal for outputting an electrical stimulation signal, it becomes possible to present the detection result of the RR interval to the user.
また、本発明では、生体信号測定端末に、二次電池を充電中の場合に、生体電気刺激手段の電源入力端子と電源供給手段の出力端子との接続を遮断する電源遮断手段を設けることにより、二次電池の充電中に商用電源と生体電気刺激用電極とが接続される恐れをなくすことができ、小規模の回路で安全性を高めることができる。 According to the present invention, the biological signal measurement terminal is provided with a power cutoff means for cutting off the connection between the power input terminal of the bioelectric stimulation means and the output terminal of the power supply means when the secondary battery is being charged. The possibility of connecting the commercial power source and the bioelectric stimulation electrode during charging of the secondary battery can be eliminated, and safety can be improved with a small-scale circuit.
また、本実施の形態では、生体信号測定端末に設ける電源スイッチとして、電源オンの位置にあるときに、可動部が充電用コネクタを閉塞し、電源オフの位置にあるときに、可動部による充電用コネクタの閉塞を解除し、充電用コネクタに充電器のコネクタが接続されているときに、電源オンの位置への移動が不可となるスライド式のスイッチを採用することにより、二次電池の充電中に商用電源と生体電気刺激用電極とが接続される恐れをなくすことができ、物理的な機構で安全性を高めることができる。 Further, in this embodiment, as a power switch provided in the biological signal measurement terminal, the movable part closes the charging connector when in the power-on position and is charged by the movable part when in the power-off position. Recharge the secondary battery by adopting a slide-type switch that releases the blockage of the connector and prevents the battery connector from moving to the power-on position when the charger connector is connected to the charging connector. The possibility of connecting the commercial power source and the bioelectric stimulation electrode inside can be eliminated, and safety can be enhanced by a physical mechanism.
また、本発明では、生体電気刺激手段の出力回路が、制御手段からの制御信号に応じて正極性、負極性、両極性のいずれかの極性で電気刺激信号を出力できるようにすることにより、使用者の細胞の分極を抑制し電気刺激における生体負荷を緩和する両極性出力を選択することが可能となる。 Further, in the present invention, by allowing the output circuit of the bioelectric stimulation means to output an electrical stimulation signal with positive polarity, negative polarity, or both polarities according to the control signal from the control means, It is possible to select a bipolar output that suppresses the polarization of the user's cells and relieves the biological load of electrical stimulation.
また、本発明では、生体信号測定端末の制御手段として、心電波形から生体特徴量を検出する第１の制御手段と、生体特徴量に応じて制御信号を生体電気刺激手段に出力する第２の制御手段とを設けることにより、第１の制御手段と第２の制御手段の各々に適切なクロック周波数を設定することができ、生体信号測定端末の電力消費を抑制することが可能となる。 In the present invention, as the control means of the biological signal measurement terminal, the first control means for detecting the biometric feature quantity from the electrocardiogram waveform and the second control signal is output to the bioelectric stimulation means in accordance with the biometric feature quantity. By providing the control means, an appropriate clock frequency can be set for each of the first control means and the second control means, and the power consumption of the biological signal measurement terminal can be suppressed.
また、本発明では、生体信号測定端末に無線通信手段を設けることにより、生体信号の測定によって取得したデータを外部機器に送信するだけでなく、使用者が外部機器を通じて電気刺激信号の出力を変更したり、電気刺激信号の出力を許可したり、不許可にしたりすることが可能となる。 In the present invention, by providing a wireless communication means in the biological signal measuring terminal, not only the data acquired by measuring the biological signal is transmitted to the external device, but also the user changes the output of the electrical stimulation signal through the external device. It is possible to permit, permit the output of electrical stimulation signals, or disallow it.
［第１の実施の形態］
以下、本発明を実施するための形態について図を参照して説明する。ただし、以下の実施の形態により本発明の内容が限定されるものではない。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの構成を示す図である。本実施の形態のウェアラブルデバイス１０は、基材となる衣類１と、衣類１に着脱自在に取り付けられる生体信号測定端末２と、生体と接触する衣類１の面に固定された生体信号測定用電極３と、生体と接触する衣類１の面に固定された生体電気刺激用電極４と、衣服１に取り付けられ、生体信号測定端末２を機械的に固定すると共に、生体信号測定用電極３および生体電気刺激用電極４と生体信号測定端末２とを電気的に接続するための端末―衣類インタフェース５とから構成される。図１では、ウェアラブルデバイス１０として衣類型のウェアラブルデバイス、具体的にはシャツ型のウェアラブルデバイスを例示する。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the content of this invention is not limited by the following embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wearable device according to the first embodiment of the present invention. The wearable device 10 according to the present embodiment includes a garment 1 as a base material, a biosignal measurement terminal 2 that is detachably attached to the garment 1, and a biosignal measurement electrode fixed to the surface of the garment 1 that comes into contact with the living body. 3, a bioelectric stimulation electrode 4 fixed on the surface of the garment 1 that comes into contact with the living body, and a biological signal measuring terminal 2 that is attached to the garment 1 and mechanically fixes the biological signal measuring electrode 3 and the living body A terminal-clothing interface 5 for electrically connecting the electrical stimulation electrode 4 and the biological signal measuring terminal 2 is configured. In FIG. 1, a garment-type wearable device, specifically, a shirt-type wearable device is illustrated as the wearable device 10.
図２は生体信号測定端末２の構成を示すブロック図である。生体信号測定端末２は、ウェアラブルデバイス１０を身に付ける生体（使用者）の生体信号を、生体信号測定用電極３を介して測定する生体信号測定手段２０と、生体信号をデジタルデータに変換した生体信号データおよび生体信号から抽出した生体特徴量のデータを外部機器６に送信すると共に、外部機器６から生体電気刺激信号の出力制御のための情報を受信する無線通信手段２１と、生体電気刺激用電極４を介して生体に生体電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段２２と、生体信号測定端末全体を制御する制御手段２３と、生体信号測定端末２の各部に電源電圧を供給する電源供給手段２４と、生体電気刺激手段２２への供給用の電圧を電源電圧から生成する昇圧手段２５と、電源供給手段２４と昇圧手段２５との間に設けられたスイッチ２６と、衣服１側の端末―衣類インタフェース５に設けられたコネクタプラグと接合するコネクタレセプタクル２７と、電源供給手段２４の二次電池を充電するためのコネクタレセプタクル２８（充電用コネクタ）とを備えている。制御手段２３とスイッチ２６とは、電源遮断手段を構成している。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the biological signal measurement terminal 2. The biological signal measuring terminal 2 converts a biological signal of the living body (user) who wears the wearable device 10 through the biological signal measuring electrode 3 and the biological signal into digital data. Biological signal data and biometric feature data extracted from the biological signal are transmitted to the external device 6, and the wireless communication means 21 receives information for output control of the bioelectric stimulation signal from the external device 6, and the bioelectric stimulation The bioelectric stimulation means 22 for applying a bioelectric stimulation signal to the living body via the electrode 4, the control means 23 for controlling the entire biological signal measurement terminal, and the power supply for supplying the power supply voltage to each part of the biological signal measurement terminal 2 Provided between the power supply means 24 and the boosting means 25; the means 24; a boosting means 25 for generating a voltage for supply to the bioelectric stimulation means 22 from the power supply voltage; Switch 26, connector receptacle 27 to be joined to a connector plug provided on the terminal-clothing interface 5 on the clothing 1 side, and a connector receptacle 28 (charging connector) for charging the secondary battery of the power supply means 24. I have. The control means 23 and the switch 26 constitute a power cutoff means.
なお、本実施の形態のウェアラブルデバイス１０は、シャツ型以外の形状でもよいが、使用者が自然な形で身に付けることができるように、例えば腕時計型、リストバンド型、スリーブ型、パッド型、タイツ型、ワンピース型の形状であることが望ましい。 The wearable device 10 of the present embodiment may have a shape other than a shirt type, but for example, a wristwatch type, a wristband type, a sleeve type, a pad type so that the user can wear it in a natural shape. It is desirable that the shape is a tights type or a one-piece type.
外部機器６は、例えば、スマートフォンや腕時計型の情報端末、メガネ型の情報端末、パーソナルコンピュータなどである。
生体信号測定端末２と外部機器６との間で行われる無線通信の規格としては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｃｅｌｌｕｌａｒ等の規格を用いることができる。
The external device 6 is, for example, a smartphone, a wristwatch type information terminal, a glasses type information terminal, a personal computer, or the like.
As a standard of wireless communication performed between the biological signal measuring terminal 2 and the external device 6, for example, a standard such as Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), Wi-Fi (registered trademark), Cellular, or the like is used. be able to.
以下、本実施の形態では、生体信号として心電波形を測定する場合を例に挙げて説明する。生体信号測定端末２の生体信号測定手段２０は、２つ以上の生体信号測定用電極３を介して生体信号（心電波形）を測定して増幅する。 Hereinafter, in this embodiment, a case where an electrocardiogram waveform is measured as a biological signal will be described as an example. The biological signal measuring means 20 of the biological signal measuring terminal 2 measures and amplifies a biological signal (electrocardiographic waveform) via two or more biological signal measuring electrodes 3.
生体信号測定端末２の制御手段２３は、生体信号測定手段２０から出力されたアナログの生体信号をデジタルデータに変換し、必要に応じて解析、フィルタリング処理を実施して、生体信号データから生体特徴量を抽出する。 The control means 23 of the biological signal measuring terminal 2 converts the analog biological signal output from the biological signal measuring means 20 into digital data, performs analysis and filtering processing as necessary, and converts the biological signal data into biological characteristics. Extract the amount.
本実施の形態のウェアラブルデバイス１０によって取得された心電波形を図３に示す。図３の縦軸は心電位、横軸は時間である。心電波形は、心房や心室の活動を反映したＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波等の成分からなっている。特にＲ波は心電位のピークであり、Ｒ波と１つ前のＲ波の間隔であるＲ−Ｒ間隔は心拍数の計算にも用いられる重要なパラメータである。 An electrocardiographic waveform acquired by the wearable device 10 of the present embodiment is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 3 is the electrocardiogram and the horizontal axis is time. The electrocardiogram waveform is composed of components such as a P wave, a Q wave, an R wave, an S wave, and a T wave reflecting the activities of the atrium and the ventricle. In particular, the R wave is the peak of the cardiac potential, and the RR interval, which is the interval between the R wave and the previous R wave, is an important parameter used for calculating the heart rate.
本実施の形態では生体信号として心電波形を測定し、心電波形から生体特徴量として心拍（Ｒ波）を抽出する。心電波形のＲ波を抽出する方法としては、例えば特開２０１５−２１７０６０号公報に開示された技術がある。 In this embodiment, an electrocardiogram waveform is measured as a biological signal, and a heartbeat (R wave) is extracted from the electrocardiographic waveform as a biological feature amount. As a method for extracting an R wave of an electrocardiogram waveform, for example, there is a technique disclosed in JP-A-2015-217060.
生体信号測定端末２の無線通信手段２１は、生体信号をデジタルデータに変換した生体信号データおよび生体信号から抽出した生体特徴量データのうち少なくとも一方を外部機器６に無線送信する。
外部機器６は、受信した生体信号データまたは生体特徴量データをグラフ化して表示したり、更に高度な解析により特徴量データを生成したりする。
The wireless communication means 21 of the biological signal measuring terminal 2 wirelessly transmits to the external device 6 at least one of the biological signal data obtained by converting the biological signal into digital data and the biological feature amount data extracted from the biological signal.
The external device 6 displays the received biosignal data or biometric feature data in a graph, or generates feature data by further analysis.
なお、制御手段２３は、生体信号データおよび生体特徴量データを制御手段内部のメモリ（不図示）に保存してもよいし、制御手段自体ではデータを保存せずに、外部機器６のメモリにデータを保存するようにしてもよい。 The control unit 23 may store the biological signal data and the biological feature amount data in a memory (not shown) inside the control unit, or the control unit itself does not store the data but stores it in the memory of the external device 6. Data may be stored.
また、生体信号測定では、生体信号測定用電極３の正電極と負電極から検出された生体信号を生体信号測定手段２０内の差動増幅器によって増幅するが、その際にコモンモードはバイアスされた電圧でもよいし、１つの電極を用いた生体ＧＮＤ電圧でもよい。 In the biosignal measurement, the biosignal detected from the positive electrode and the negative electrode of the biosignal measurement electrode 3 is amplified by the differential amplifier in the biosignal measurement means 20, and the common mode is biased at that time. It may be a voltage or a living body GND voltage using one electrode.
次に、生体へ電気刺激を印加する生体電気刺激手段２２について説明する。本実施の形態のウェアラブルデバイス１０は、衣類１上に互いに離間して配置され、その各々が生体表面に接触するように衣類１に取り付けられた２つ以上の生体電気刺激用電極４を具備している。２つ以上の生体電気刺激用電極４を用いることで、生体内部を通じた閉ループが形成される。 Next, the bioelectric stimulation means 22 for applying electrical stimulation to the living body will be described. The wearable device 10 according to the present embodiment includes two or more bioelectric stimulation electrodes 4 that are arranged on the garment 1 so as to be spaced apart from each other and are attached to the garment 1 so that each of the wearable devices 10 contacts the surface of the living body. ing. By using two or more bioelectric stimulation electrodes 4, a closed loop through the inside of the living body is formed.
生体信号測定端末２の生体電気刺激手段２２は、生体電気刺激用電極４間に生体電気刺激信号を印加する。これにより、１つの生体電気刺激用電極４から印加された電流が生体内部を通り、他の生体電気刺激用電極４へ流れ込むことで感覚器の神経や、筋肉繊維を刺激し、種々の感覚や、筋肉運動を誘起することが可能となる。 The bioelectric stimulation means 22 of the biosignal measuring terminal 2 applies a bioelectric stimulation signal between the bioelectric stimulation electrodes 4. Thereby, the current applied from one bioelectric stimulation electrode 4 passes through the inside of the living body and flows into the other bioelectric stimulation electrode 4 to stimulate nerves and muscle fibers of the sensory organ, It becomes possible to induce muscle movement.
生体信号測定用電極３と生体電気刺激用電極４とは、同一の材料からなる。生体信号測定用電極３と生体電気刺激用電極４の材料は、特に限定されないが、例えば銀、銅、金、ステンレス等の金属を細線に加工して柔軟性を付与し、布帛として構成したものや、上記金属を繊維素材にメッキしたもの、カーボンファイバー、導電性高分子を繊維素材に含浸したものなどを用いることができる。 The biosignal measurement electrode 3 and the bioelectric stimulation electrode 4 are made of the same material. The material for the biosignal measurement electrode 3 and the bioelectric stimulation electrode 4 is not particularly limited. For example, a metal such as silver, copper, gold, and stainless steel is processed into a thin wire to give flexibility and configured as a fabric. Alternatively, a material obtained by plating the above-described metal on a fiber material, a carbon fiber, a material obtained by impregnating a fiber material with a conductive polymer, or the like can be used.
本実施の形態の生体信号測定端末２は、端末全体を駆動するための電源供給手段２４を有しており、電源供給手段２４から供給される電源電圧によって生体電気刺激手段２２も駆動される。ここでは、電源供給手段２４がリチウムイオン二次電池の場合を例示して説明する。 The biological signal measurement terminal 2 of the present embodiment has power supply means 24 for driving the entire terminal, and the bioelectric stimulation means 22 is also driven by the power supply voltage supplied from the power supply means 24. Here, the case where the power supply means 24 is a lithium ion secondary battery will be described as an example.
リチウムイオン二次電池から供給される３．７Ｖの直流電源電圧を、生体へ印加して電気刺激を提示可能な直流電圧（例えば２０−７５Ｖ）まで昇圧手段２５によって昇圧する。昇圧された高電圧を生体電気刺激手段２２の出力回路の電源入力端子に供給し、制御手段２３によって出力回路をスイッチング制御することにより、この出力回路から生体電気刺激用電極４へ高電圧信号が出力される。 The DC power supply voltage of 3.7 V supplied from the lithium ion secondary battery is applied to the living body and boosted by the booster 25 to a DC voltage (for example, 20 to 75 V) that can present an electrical stimulus. By supplying the boosted high voltage to the power input terminal of the output circuit of the bioelectric stimulation means 22 and switching the output circuit by the control means 23, a high voltage signal is output from the output circuit to the bioelectric stimulation electrode 4. Is output.
昇圧手段２５は、小型化のためトランスレスのチョッパー回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）によって構成され、負荷抵抗（不図示）の切り替えによって出力電圧値を調整することが可能である。昇圧手段２５の出力電圧を制御する電圧制御信号は制御手段２３から与えられる。 The booster 25 is constituted by a transformerless chopper circuit (DC / DC converter) for miniaturization, and can adjust the output voltage value by switching a load resistance (not shown). A voltage control signal for controlling the output voltage of the booster 25 is supplied from the controller 23.
図４（Ａ）は生体電気刺激手段２２の出力回路の構成を示す回路図である。出力回路は、電気刺激による生体の分極を緩和するために両極性刺激が可能なＨブリッジ回路２２０と、Ｈブリッジ回路２２０を駆動するドライバ回路２２５，２２６とから構成される。 FIG. 4A is a circuit diagram showing the configuration of the output circuit of the bioelectric stimulation means 22. The output circuit includes an H-bridge circuit 220 that can perform bipolar stimulation to alleviate the polarization of the living body due to electrical stimulation, and driver circuits 225 and 226 that drive the H-bridge circuit 220.
Ｈブリッジ回路２２０は、昇圧手段２５の電源電圧と出力回路の正側出力端子２２７間に挿入されたスイッチ２２１と、昇圧手段２５の電源電圧と出力回路の負側出力端子２２８間に挿入されたスイッチ２２２と、出力回路の正側出力端子２２７と接地電圧間に挿入されたスイッチ２２３と、出力回路の負側出力端子２２８と接地電圧間に挿入されたスイッチ２２４とから構成される。これらスイッチ２２１〜２２４は、初期状態でオフのノーマリーオープン型のスイッチである。 The H bridge circuit 220 is inserted between the power supply voltage of the booster 25 and the positive output terminal 227 of the output circuit, and between the power supply voltage of the booster 25 and the negative output terminal 228 of the output circuit. The switch 222 includes a switch 223 inserted between the positive output terminal 227 of the output circuit and the ground voltage, and a switch 224 inserted between the negative output terminal 228 of the output circuit and the ground voltage. These switches 221 to 224 are normally open switches that are off in the initial state.
なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）では、上記のコネクタレセプタクル２７および端末―衣類インタフェース５を介して出力回路の正側出力端子２２７と接続される正側の生体電気刺激用電極を４ａ、コネクタレセプタクル２７および端末―衣類インタフェース５を介して出力回路の負側出力端子２２８と接続される負側の生体電気刺激用電極を４ｂとしている。 4A to 4C, the positive bioelectric stimulation electrode connected to the positive output terminal 227 of the output circuit via the connector receptacle 27 and the terminal-clothing interface 5 is shown. The negative bioelectric stimulation electrode 4b is connected to the negative output terminal 228 of the output circuit through the connector receptacle 27 and the terminal-clothing interface 5 as 4b.
正極性出力の場合、図４（Ｂ）に示すように、制御手段２３からドライバ回路２２５に入力される駆動制御信号によりドライバ回路２２５がＨブリッジ回路２２０のスイッチ２２１，２２４をオンにすることにより、昇圧手段２５→スイッチ２２１→正側出力端子２２７→生体電気刺激用電極４ａ→生体→生体電気刺激用電極４ｂ→負側出力端子２２８→スイッチ２２４→接地という経路で電流が流れる。 In the case of positive output, as shown in FIG. 4B, the driver circuit 225 turns on the switches 221 and 224 of the H-bridge circuit 220 by a drive control signal input from the control means 23 to the driver circuit 225. Then, a current flows through a path of boosting means 25 → switch 221 → positive output terminal 227 → bioelectric stimulation electrode 4a → biological → bioelectric stimulation electrode 4b → negative output terminal 228 → switch 224 → ground.
一方、負極性出力の場合、図４（Ｃ）に示すように、制御手段２３からドライバ回路２２６に入力される駆動制御信号によりドライバ回路２２６がＨブリッジ回路２２０のスイッチ２２２，２２３をオンにすることにより、昇圧手段２５→スイッチ２２２→負側出力端子２２８→生体電気刺激用電極４ｂ→生体→生体電気刺激用電極４ａ→正側出力端子２２７→スイッチ２２３→接地という経路で電流が流れる。 On the other hand, in the case of a negative output, as shown in FIG. 4C, the driver circuit 226 turns on the switches 222 and 223 of the H-bridge circuit 220 by a drive control signal input from the control means 23 to the driver circuit 226. As a result, a current flows through the path of boosting means 25 → switch 222 → negative output terminal 228 → bioelectric stimulation electrode 4b → biological → bioelectric stimulation electrode 4a → positive output terminal 227 → switch 223 → ground.
このような正極性出力と負極性出力を組み合わせることにより、両極性出力が可能となる。よって、本実施の形態では、正極性出力、負極性出力、両極性出力の３つ極性出力が可能となる。図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示されるように、制御手段２３からドライバ回路２２５，２２６に入力される駆動制御信号はパルス信号であるため、出力回路から生体に印加される生体電気刺激信号は、昇圧手段２５から供給される直流電圧のスイッチングによって生成されるパルス信号である。 By combining such positive output and negative output, bipolar output is possible. Therefore, in this embodiment, it is possible to output three polarities: positive output, negative output, and bipolar output. As shown in FIGS. 4B and 4C, since the drive control signal input from the control means 23 to the driver circuits 225 and 226 is a pulse signal, the bioelectricity applied to the living body from the output circuit. The stimulus signal is a pulse signal generated by switching of the DC voltage supplied from the booster 25.
なお、生体電気刺激用電極４ａと４ｂの組を複数チャンネル分設け、図４（Ａ）に示した生体電気刺激手段２２の出力回路をチャンネル毎に設けるようにしてもよい。これにより、使用者の身体の複数箇所に同時に電気刺激を与えることが可能となる。 The bioelectric stimulation electrodes 4a and 4b may be provided for a plurality of channels, and the output circuit of the bioelectric stimulation means 22 shown in FIG. 4A may be provided for each channel. Thereby, it becomes possible to apply electrical stimulation to a plurality of locations on the user's body at the same time.
以下、使用者の生体信号に連動した電気刺激を印加する方法について説明する。１例として、生体信号が心電波形であり、生体特徴量が心拍（Ｒ波）である場合について、図５のタイミングチャートと図６のフローチャートを用いて説明する。 Hereinafter, a method for applying electrical stimulation in conjunction with a user's biological signal will be described. As an example, the case where the biological signal is an electrocardiogram waveform and the biological feature amount is a heartbeat (R wave) will be described with reference to the timing chart of FIG. 5 and the flowchart of FIG.
上記のとおり、生体信号測定端末２の生体信号測定手段２０が図５（Ａ）のような心電波形を測定すると（図６ステップＳ１００）、生体信号測定端末２の制御手段２３は、生体信号測定手段２０が測定した心電波形を解析してＲ波を検出する（図６ステップＳ１０１）。制御手段２３は、Ｒ波を検出したときに、電気刺激提示が使用者によって許可されているかを確認し（図６ステップＳ１０２）、不許可の場合には（ステップＳ１０２においてＮｏ）、電気刺激提示を実施せず、測定のみを継続的に行う。 As described above, when the biological signal measuring means 20 of the biological signal measuring terminal 2 measures the electrocardiogram waveform as shown in FIG. 5A (step S100 in FIG. 6), the control means 23 of the biological signal measuring terminal 2 The electrocardiogram waveform measured by the measuring means 20 is analyzed to detect the R wave (step S101 in FIG. 6). When detecting the R wave, the control unit 23 confirms whether or not the electrical stimulus presentation is permitted by the user (step S102 in FIG. 6), and if not (No in step S102), the electrical stimulus presentation is performed. Do not carry out measurement, but perform only measurement.
また、制御手段２３は、図５（Ｃ）に示すように電気刺激提示が使用者によって許可されている場合には（ステップＳ１０２においてＹｅｓ）、駆動制御信号を生体電気刺激手段２２へ出力する（図６ステップＳ１０３）。上記のとおり、駆動制御信号を生体電気刺激手段２２の出力回路のドライバ回路２２５，２２６に与えることにより、Ｈブリッジ回路２２０のスイッチ２２１〜２２４がオン／オフ制御され、生体電気刺激信号が生体に印加される（図６ステップＳ１０４）。制御手段２３は、使用者からの許可が継続している場合（図６ステップＳ１０５においてＹｅｓ）、ステップＳ１００に戻る。こうして、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すようにＲ波が検出される度に生体電気刺激信号が出力されて電気刺激提示が行われる。 Moreover, as shown in FIG.5 (C), the control means 23 outputs a drive control signal to the bioelectric stimulation means 22, when an electrical stimulus presentation is permitted by the user (Yes in step S102) ( FIG. 6 step S103). As described above, by supplying the drive control signal to the driver circuits 225 and 226 of the output circuit of the bioelectric stimulation means 22, the switches 221 to 224 of the H bridge circuit 220 are on / off controlled, and the bioelectric stimulation signal is transmitted to the living body. Applied (step S104 in FIG. 6). If the permission from the user continues (Yes in step S105 in FIG. 6), the control unit 23 returns to step S100. Thus, as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, a bioelectric stimulation signal is output and electric stimulation presentation is performed each time an R wave is detected.
電気刺激提示の許可信号／不許可信号は外部機器６から送信される。電気刺激提示を許可する旨の操作を使用者が外部機器６に対して行うと、許可信号が外部機器６から生体信号測定端末２へ送信され、電気刺激提示を不許可にする旨の操作を使用者が外部機器６に対して行うと、不許可信号が外部機器６から生体信号測定端末２へ送信される。制御手段２３は、無線通信手段２１を通じて許可信号／不許可信号を受け取ることになる。図５（Ｃ）の例では、許可信号をいったん受け取ると、次に不許可信号を受け取るまで、電気刺激提示が継続的に許可された状態となる。 An electrical stimulation presentation permission signal / non-permission signal is transmitted from the external device 6. When the user performs an operation for permitting the electrical stimulus presentation to the external device 6, a permission signal is transmitted from the external device 6 to the biological signal measurement terminal 2, and an operation for disabling the electrical stimulus presentation is performed. When the user performs the external device 6, a non-permission signal is transmitted from the external device 6 to the biological signal measurement terminal 2. The control unit 23 receives the permission signal / non-permission signal through the wireless communication unit 21. In the example of FIG. 5C, once the permission signal is received, the electrical stimulus presentation is continuously permitted until the next non-permission signal is received.
なお、電気刺激提示の許可／不許可のためのスイッチを生体信号測定端末２に設け、このスイッチを使用者が操作することにより、許可信号／不許可信号が制御手段２３に出力されるようにしてもよい。 It should be noted that a switch for permitting / disapproving the presentation of electrical stimulation is provided in the biological signal measuring terminal 2 so that when the user operates this switch, the permit / deny signal is output to the control means 23. May be.
また、生体に印加する生体電気刺激信号のパラメータは制御手段２３から制御可能である。具体的には、制御手段２３が駆動制御信号を変更することにより、上記の正極性出力、負極性出力、両極性出力のいずれかの出力極性と、Ｒ波１回あたりの生体電気刺激信号の数（パルス数）などを変更することが可能である。また、制御手段２３が昇圧手段２５に与える電圧制御信号を変更することにより、生体電気刺激信号の電圧を変更することが可能である。このような出力極性、パルス数、電圧などの生体電気刺激信号のパラメータを、制御手段２３のメモリに予め登録しておけばよい。また、使用者が外部機器６を操作することにより途中で変更できるようにしてもよい。この場合には、生体電気刺激信号のパラメータを変更するための信号が外部機器６から送信されることになる。 The parameters of the bioelectric stimulation signal applied to the living body can be controlled from the control means 23. Specifically, when the control means 23 changes the drive control signal, the output polarity of any one of the positive polarity output, the negative polarity output, and the bipolar output, and the bioelectric stimulation signal per R wave are changed. The number (number of pulses) can be changed. Further, the voltage of the bioelectric stimulation signal can be changed by changing the voltage control signal given to the boosting means 25 by the control means 23. Such parameters of bioelectric stimulation signals such as output polarity, number of pulses, and voltage may be registered in the memory of the control means 23 in advance. In addition, the user may be able to change the operation on the way by operating the external device 6. In this case, a signal for changing the parameter of the bioelectric stimulation signal is transmitted from the external device 6.
以上のように、本実施の形態によれば、Ｒ波の検出の度に電気刺激提示を行うことにより、使用者の視線を逸らさせたり、使用者の手を塞いだり、使用者の聴覚を妨害したりすることなしに、Ｒ波の検出結果を使用者に提示することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by presenting electrical stimulation each time an R wave is detected, the user's line of sight is diverted, the user's hand is blocked, and the user's hearing is reduced. The detection result of the R wave can be presented to the user without obstructing.
以下、本実施の形態における安全機構について説明する。一般に、電源供給手段として二次電池を使用した生体電気刺激装置では、二次電池を充電する際に生体電気刺激装置が商用電源と接続されることになるので、何らかの影響で商用電源と生体の皮膚上の電極とが導通することを避けるために、二次電池の充電回路と生体電気刺激信号の出力回路との間にトランスを挿入することで電気的な絶縁（アイソレーション）を実現している。 Hereinafter, the safety mechanism in the present embodiment will be described. In general, in a bioelectric stimulation apparatus using a secondary battery as a power supply means, the bioelectric stimulation apparatus is connected to a commercial power supply when charging the secondary battery. In order to avoid conduction with the electrodes on the skin, electrical insulation (isolation) is realized by inserting a transformer between the charging circuit of the secondary battery and the output circuit of the bioelectric stimulation signal. Yes.
一方で、トランスはサイズが大きいため、端末の小型化が困難となる。そこで、本実施の形態の生体信号測定端末２では、回路によって充電時と使用時のアイソレーションを実現した。生体信号測定端末２のコネクタレセプタクル２８に充電器のコネクタプラグが接続されると、充電器から電源供給手段２４のリチウムイオン二次電池に充電電圧が供給されるので、制御手段２３は、この充電電圧の供給をアラートとして検出して、スイッチ２６をオフ状態にする。スイッチ２６は、電源供給手段２４の出力端子と昇圧手段２５の入力端子との間に挿入されており、初期状態でオンのノーマリークローズ型のスイッチである。 On the other hand, since the transformer is large in size, it is difficult to reduce the size of the terminal. Therefore, in the biological signal measurement terminal 2 according to the present embodiment, the circuit is used for isolation between charging and use. When the connector plug of the charger is connected to the connector receptacle 28 of the biological signal measuring terminal 2, the charging voltage is supplied from the charger to the lithium ion secondary battery of the power supply unit 24. The supply of voltage is detected as an alert, and the switch 26 is turned off. The switch 26 is a normally closed switch that is inserted between the output terminal of the power supply means 24 and the input terminal of the booster means 25 and is on in the initial state.
制御手段２３がスイッチ２６をオフにすることにより、電源供給手段２４と昇圧手段２５との接続が遮断されるので、昇圧手段２５から生体電気刺激手段２２の電源入力端子への電源電圧の供給が停止する。こうして、電源供給手段２４のリチウムイオン二次電池の充電中は生体電気刺激信号の出力を不可とするので、充電中に商用電源と生体電気刺激用電極４とが電源供給手段２４と昇圧手段２５と生体電気刺激手段２２とを介して接続される恐れをなくすことができ、小規模の回路で安全性を高めることができる。 Since the control means 23 turns off the switch 26, the connection between the power supply means 24 and the boosting means 25 is cut off, so that the supply of the power supply voltage from the boosting means 25 to the power input terminal of the bioelectric stimulation means 22 is performed. Stop. Thus, since the bioelectric stimulation signal cannot be output during charging of the lithium ion secondary battery of the power supply means 24, the commercial power supply and the bioelectric stimulation electrode 4 are connected to the power supply means 24 and the boosting means 25 during charging. And the bioelectrical stimulation means 22 can be eliminated, and safety can be improved with a small circuit.
以下、端末―衣類インタフェース５について図７を用いて説明する。端末―衣類インタフェース５は、生体と接触する面と反対側の面に露出するように衣類１に実装されており、生体信号測定端末２との接続のための複数のコネクタプラグ５０を有している。各コネクタプラグ５０は、それぞれ電気的に絶縁された配線５１，５２を介して、対応する生体信号測定用電極３または生体電気刺激用電極４と電気的に接続されている。端末―衣類インタフェース５と配線５１，５２とは、例えば接着などの固定方法により衣類１に固定されている。 Hereinafter, the terminal-clothing interface 5 will be described with reference to FIG. The terminal-clothing interface 5 is mounted on the garment 1 so as to be exposed on the surface opposite to the surface in contact with the living body, and has a plurality of connector plugs 50 for connection with the biological signal measuring terminal 2. Yes. Each connector plug 50 is electrically connected to the corresponding biosignal measurement electrode 3 or bioelectric stimulation electrode 4 via electrically insulated wires 51 and 52, respectively. The terminal-clothing interface 5 and the wirings 51 and 52 are fixed to the clothing 1 by a fixing method such as adhesion.
一方、生体信号測定端末２の筐体表面には、端末―衣類インタフェース５の対応するコネクタプラグ５０と接合するように配置された複数のコネクタレセプタクル２７が設けられている。図２に示したとおり、各コネクタレセプタクル２７は、それぞれ対応する生体信号測定手段２０の入力または生体電気刺激手段２２の出力（図４（Ａ）の出力回路）と電気的に接続されている。 On the other hand, a plurality of connector receptacles 27 are provided on the surface of the housing of the biological signal measuring terminal 2 so as to be joined to the corresponding connector plugs 50 of the terminal-clothing interface 5. As shown in FIG. 2, each connector receptacle 27 is electrically connected to the input of the corresponding biological signal measuring means 20 or the output of the biological electrical stimulation means 22 (the output circuit of FIG. 4A).
各コネクタプラグ５０は、それぞれ磁石を備えており、磁性体材料を用いたコネクタレセプタクル２７との間に引き合う磁力が働くようになっている。生体信号測定端末２を端末―衣類インタフェース５に近づけると、磁力により生体信号測定端末２が端末―衣類インタフェース５に引き寄せられ、端末―衣類インタフェース５のコネクタプラグ５０とこれに対応するコネクタレセプタクル２７とが接合するため、使用者は、生体信号測定端末２をウェアラブルデバイス１０に円滑に装着することが可能となる。 Each connector plug 50 includes a magnet, and attracts magnetic force between the connector plug 50 and the connector receptacle 27 using a magnetic material. When the biological signal measuring terminal 2 is brought close to the terminal-clothing interface 5, the biological signal measuring terminal 2 is attracted by the magnetic force to the terminal-clothing interface 5, and the connector plug 50 of the terminal-clothing interface 5 and the corresponding connector receptacle 27 are provided. Therefore, the user can smoothly attach the biological signal measurement terminal 2 to the wearable device 10.
こうして、生体信号測定端末２をウェアラブルデバイス１０に機械的に固定すると同時に、生体信号測定用電極３および生体電気刺激用電極４と生体信号測定端末２とを電気的に接続することができる。本実施の形態のように、磁力による端末装着機構を採用することで、チャンネル数の増加に伴うコネクタ数の増加の際にも、使用者による端末脱着を容易にすることができる。なお、生体信号測定端末２の重量、サイズ、コネクタ数からそれぞれ最適な磁力を選択することが望ましく、最も負荷のかかるコネクタのみ磁力を強めるようにすると全体の磁力を強め過ぎず更に望ましい。 In this way, the biological signal measuring terminal 2 can be mechanically fixed to the wearable device 10 and, at the same time, the biological signal measuring electrode 3 and the biological electrical stimulation electrode 4 and the biological signal measuring terminal 2 can be electrically connected. By adopting a terminal mounting mechanism using magnetic force as in the present embodiment, the terminal can be easily attached and detached by the user even when the number of connectors increases as the number of channels increases. Note that it is desirable to select an optimum magnetic force from the weight, size, and number of connectors of the biological signal measuring terminal 2, and it is more desirable that the overall magnetic force is not excessively strengthened if only the most loaded connector is strengthened.
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、生体信号として心電波形を測定し、心電波形から生体特徴量としてＲ−Ｒ間隔を抽出し、このＲ−Ｒ間隔に連動した電気刺激を実施する場合について、図８のタイミングチャートと図９のフローチャートを用いて説明する。本実施の形態においても、ウェアラブルデバイス１０の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図２の符号を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an electrocardiographic waveform is measured as a biological signal, an RR interval is extracted from the electrocardiographic waveform as a biological feature, and electrical stimulation in conjunction with the RR interval is performed. FIG. This will be described with reference to the timing chart of FIG. Also in the present embodiment, the configuration of wearable device 10 is the same as that of the first embodiment, and therefore, description will be made using the reference numerals in FIGS. 1 and 2.
生体信号測定端末２の生体信号測定手段２０が図８（Ａ）のような心電波形を測定すると（図９ステップＳ２００）、生体信号測定端末２の制御手段２３は、生体信号測定手段２０が測定した心電波形を解析してＲ波を検出する（図９ステップＳ２０１）。上記のとおり、Ｒ波を抽出する技術は、例えば特開２０１５−２１７０６０号公報に開示されている。そして、制御手段２３は、抽出したＲ波と１つ前のＲ波の時間間隔であるＲ−Ｒ間隔を算出する（図９ステップＳ２０２）。このＲ−Ｒ間隔の逆数の平均値から、心拍数を抽出することが可能である。 When the biological signal measuring means 20 of the biological signal measuring terminal 2 measures the electrocardiographic waveform as shown in FIG. 8A (step S200 in FIG. 9), the biological signal measuring means 20 controls the controlling means 23 of the biological signal measuring terminal 2. The R wave is detected by analyzing the measured electrocardiogram waveform (step S201 in FIG. 9). As described above, a technique for extracting R waves is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-217060. Then, the control unit 23 calculates an RR interval that is a time interval between the extracted R wave and the previous R wave (step S202 in FIG. 9). It is possible to extract the heart rate from the average value of the reciprocal of this RR interval.
制御手段２３は、Ｒ−Ｒ間隔を算出したときに、電気刺激提示が使用者によって許可されているかを確認し（図９ステップＳ２０３）、不許可の場合には（ステップＳ２０３においてＮｏ）、電気刺激提示を実施せず、測定のみを継続的に行う。 When calculating the RR interval, the control means 23 confirms whether or not the electrical stimulus presentation is permitted by the user (step S203 in FIG. 9), and if not (No in step S203), Stimulation is not performed and only measurement is performed continuously.
また、制御手段２３は、図８（Ｃ）に示すように電気刺激提示が使用者によって許可されている場合には（ステップＳ２０３においてＹｅｓ）、駆動制御信号を生体電気刺激手段２２へ出力する（図９ステップＳ２０４）。第１の実施の形態で説明したとおり、駆動制御信号を生体電気刺激手段２２の出力回路のドライバ回路２２５，２２６に与えることにより、Ｈブリッジ回路２２０のスイッチ２２１〜２２４がオン／オフ制御され、生体電気刺激信号が生体に印加される（図９ステップＳ２０５）。制御手段２３は、使用者からの許可が継続している場合（図９ステップＳ２０６においてＹｅｓ）、ステップＳ２００に戻る。 Further, when the electrical stimulus presentation is permitted by the user as shown in FIG. 8C (Yes in step S203), the control unit 23 outputs a drive control signal to the bioelectrical stimulation unit 22 ( FIG. 9 step S204). As described in the first embodiment, by supplying a drive control signal to the driver circuits 225 and 226 of the output circuit of the bioelectric stimulation means 22, the switches 221 to 224 of the H bridge circuit 220 are on / off controlled, A bioelectric stimulation signal is applied to the living body (step S205 in FIG. 9). When the permission from the user continues (Yes in step S206 in FIG. 9), the control unit 23 returns to step S200.
第１の実施の形態では、Ｒ波に連動した電気刺激提示、すなわちＲ波を検出する度に電気刺激提示を行うことで、Ｒ波（心拍）の検出結果を使用者に伝えるようにしていた。
これに対して、本実施の形態では、Ｒ−Ｒ間隔に連動した電気刺激提示を行うため、生体電気刺激信号の出力時点（駆動制御信号の出力時点）は、最新のＲ−Ｒ間隔の値が算出された時点よりも後の時点、具体的には、直前の生体電気刺激信号出力時点から最新のＲ−Ｒ間隔の時間が経過した時点となる。
In the first embodiment, the electrical stimulus presentation linked to the R wave, that is, the electrical stimulus presentation is performed every time the R wave is detected, so that the detection result of the R wave (heart rate) is transmitted to the user. .
On the other hand, in the present embodiment, since electrical stimulation presentation in conjunction with the RR interval is performed, the output time of the bioelectric stimulation signal (output time of the drive control signal) is the latest value of the RR interval. This is a time point after the time point at which is calculated, specifically, a time point when the latest RR interval time has elapsed since the immediately preceding bioelectric stimulation signal output time point.
例えば図８（Ａ）、図８（Ｂ）の例のようにＲ−Ｒ間隔の値としてＴ１，Ｔ２，Ｔ３が順次算出される場合、Ｒ−Ｒ間隔Ｔ１の算出直前に出力された生体電気刺激信号の出力時点から時間Ｔ１経過後に生体電気刺激信号が出力され、このＲ−Ｒ間隔Ｔ１に応じた生体電気刺激信号の出力時点から時間Ｔ２経過後に生体電気刺激信号が出力され、このＲ−Ｒ間隔Ｔ２に応じた生体電気刺激信号の出力時点から時間Ｔ３経過後に生体電気刺激信号が出力される。このように、本実施の形態では、生体電気刺激信号の出力のタイミングはＲ波の直後とは限らない。 For example, when T1, T2, and T3 are sequentially calculated as the value of the RR interval as in the examples of FIGS. 8A and 8B, the bioelectricity output immediately before the calculation of the RR interval T1. The bioelectric stimulation signal is output after the time T1 has elapsed from the output time of the stimulation signal, the bioelectric stimulation signal is output after the time T2 has elapsed from the output time of the bioelectric stimulation signal corresponding to the RR interval T1, and this R− The bioelectric stimulation signal is output after the elapse of time T3 from the output time point of the bioelectric stimulation signal corresponding to the R interval T2. Thus, in the present embodiment, the output timing of the bioelectric stimulation signal is not always immediately after the R wave.
また、Ｒ−Ｒ間隔の場合、値が更新されていくため、過去の値を反映させることも可能となり、以下では移動平均を用いた場合を例に説明する。つまり、本実施の形態の生体信号測定端末２の制御手段２３は、Ｒ−Ｒ間隔の時系列データに移動平均化処理を施し、この移動平均化処理で得られた最新のＲ−Ｒ間隔の値を基に駆動制御信号を生体電気刺激手段２２へ出力する。 In the case of the RR interval, since the value is updated, it is possible to reflect the past value. Hereinafter, a case where a moving average is used will be described as an example. That is, the control means 23 of the biological signal measurement terminal 2 of the present embodiment performs the moving averaging process on the time series data of the RR interval, and the latest RR interval obtained by the moving averaging process. Based on the value, a drive control signal is output to the bioelectric stimulation means 22.
移動平均を用いた場合、心電波形のノイズの影響を緩和することが可能である。外乱等によって生じるノイズがＲ波と検出された場合、ノイズの直前の真のＲ波とのＲ−Ｒ間隔、もしくはノイズの直後のＲ波とのＲ−Ｒ間隔が真のＲ−Ｒ間隔よりも短くなり、生体電気刺激信号の出力回数が増えてしまう可能性がある。しかし、本実施の形態のように移動平均を用いることで、そのノイズが継続的なものでない限り、影響を緩和することが可能となり安定したフィードバックを行うことができる。 When the moving average is used, it is possible to reduce the influence of the electrocardiographic waveform noise. When noise caused by a disturbance or the like is detected as an R wave, the RR interval with the true R wave immediately before the noise or the RR interval with the R wave immediately after the noise is greater than the true RR interval. And the number of outputs of the bioelectric stimulation signal may increase. However, by using the moving average as in the present embodiment, the influence can be mitigated and stable feedback can be performed unless the noise is continuous.
移動平均化処理の対象とするデータの個数が多いと、ノイズの影響は緩和できるものの、Ｒ−Ｒ間隔の実際の変動に対して移動平均化処理で算出されるＲ−Ｒ間隔の変動が小さくなってリアルタイム性が損なわれ、一方、移動平均化処理の対象とするデータの個数が少ないと、ノイズの影響を緩和することができないというトレードオフの関係が存在する。このため、移動平均化処理の対象とするデータの個数はこのようなトレードオフを考慮して設定する必要がある。Ｒ−Ｒ間隔の場合、１０個程度のＲ−Ｒ間隔の時系列データの移動平均を求めることが望ましい。なお、１０個程度のＲ−Ｒ間隔の時系列データの移動平均を求める場合、最新のＲ波の時刻と１つ前のＲ波の時刻とから算出した平均化されていない最新のＲ−Ｒ間隔の値と、これ以前に算出した９個の平均化されたＲ−Ｒ間隔の値とを用いることは言うまでもない。
その他の構成は第１の実施の形態で説明したとおりである。
Although the influence of noise can be reduced if the number of data to be subjected to the moving averaging process is large, the fluctuation of the RR interval calculated by the moving averaging process is small with respect to the actual fluctuation of the RR interval. Thus, the real-time property is impaired. On the other hand, if the number of data to be subjected to the moving averaging process is small, there is a trade-off relationship that the influence of noise cannot be reduced. For this reason, it is necessary to set the number of data to be subjected to the moving averaging process in consideration of such a trade-off. In the case of the RR interval, it is desirable to obtain a moving average of time series data of about 10 RR intervals. When obtaining a moving average of time series data of about 10 RR intervals, the latest non-averaged RR calculated from the latest R wave time and the previous R wave time. It goes without saying that the interval value and the nine averaged RR interval values calculated before this are used.
Other configurations are the same as those described in the first embodiment.
以上のように、本実施の形態によれば、測定したＲ−Ｒ間隔と同じ時間間隔で電気刺激提示を行うことにより、使用者の視線を逸らさせたり、使用者の手を塞いだり、使用者の聴覚を妨害したりすることなしに、Ｒ−Ｒ間隔の検出結果を使用者に提示することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by presenting electrical stimulation at the same time interval as the measured RR interval, the user's line of sight is diverted, the user's hand is blocked, The detection result of the RR interval can be presented to the user without disturbing the hearing of the person.
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０は本実施の形態の生体信号測定端末の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の生体信号測定端末２は、生体信号測定手段２０と、無線通信手段２１と、生体電気刺激手段２２と、制御手段２３ａ，２３ｂと、電源供給手段２４と、昇圧手段２５と、スイッチ２６と、コネクタレセプタクル２７，２８とを備えている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the biological signal measurement terminal according to the present embodiment. The same components as those in FIG. The biological signal measuring terminal 2 of the present embodiment includes a biological signal measuring means 20, a wireless communication means 21, a bioelectric stimulation means 22, control means 23a and 23b, a power supply means 24, a boosting means 25, A switch 26 and connector receptacles 27 and 28 are provided.
本実施の形態では、生体信号測定端末２に２つの制御手段２３ａ，２３ｂを実装する。
これにより、２つの制御手段２３ａ，２３ｂでクロック周波数を独立に設定することができるので、生体電気刺激手段２２に必要となるクロック周波数と生体信号測定手段２０に必要となるクロック周波数をそれぞれ適切に設定することで消費電力の削減が可能となる。デジタル回路における消費電力は以下の式で記述される。
Ｐ＝ＮｆcαＣLＶDD 2 ・・・（１）
In the present embodiment, two control means 23 a and 23 b are mounted on the biological signal measurement terminal 2.
As a result, the clock frequencies can be set independently by the two control means 23a and 23b, so that the clock frequency required for the bioelectric stimulation means 22 and the clock frequency required for the biosignal measurement means 20 are appropriately set. By setting, power consumption can be reduced. The power consumption in the digital circuit is described by the following equation.
P = Nf c αC L V DD 2 (1)
ここで、Ｐは消費電力、Ｎは全回路数、ｆcはクロック周波数、αは活性化率、ＣLはＮ個の回路に接続される負荷容量、ＶDDは電源電圧である。よって、消費電力を下げる方法として、これらのパラメータを下げる方法があるが、本実施の形態ではクロック周波数を下げる方法を採用する。 Here, P is power consumption, N is the total number of circuits, f c is a clock frequency, α is an activation rate, C L is a load capacity connected to N circuits, and V DD is a power supply voltage. Therefore, as a method for reducing the power consumption, there is a method for reducing these parameters. In this embodiment, a method for reducing the clock frequency is adopted.
第１、第２の実施の形態に係る生体信号測定手段２０に必要となるクロック周波数（生体信号の測定と生体特徴量の抽出に必要なクロック周波数）はｋＨｚオーダーであるのに対し、生体電気刺激手段２２に必要となるクロック周波数（駆動制御信号および生体電気刺激信号のパルスの周波数）はＭＨｚオーダーである。生体信号測定手段２０に必要となるクロックと生体電気刺激手段２２に必要となるクロックを１つのクロックで賄おうとすると、全ての制御を高いクロック周波数（ＭＨｚオーダー）で行なうことになるため、消費電力当たりの制御効率が悪くなる。 The clock frequency required for the biological signal measuring means 20 according to the first and second embodiments (clock frequency required for measuring the biological signal and extracting the biological feature amount) is on the order of kHz, whereas The clock frequency required for the stimulation means 22 (the frequency of the pulses of the drive control signal and the bioelectric stimulation signal) is on the order of MHz. If one clock is used to cover the clock required for the biological signal measuring means 20 and the clock required for the bioelectric stimulation means 22, all the control is performed at a high clock frequency (MHz order). The control efficiency per hit becomes worse.
そこで、本実施の形態では、ｋＨｚオーダーの低いクロック周波数で動作する制御手段２３ａと、ＭＨｚオーダーの高いクロック周波数で動作する制御手段２３ｂとを別々に設けることによって、生体信号測定手段２０に関する処理におけるクロックのオーバースペックによる電力の消費を抑制することが可能となる。 Therefore, in the present embodiment, the control means 23a that operates at a low clock frequency on the order of kHz and the control means 23b that operates at a high clock frequency on the order of MHz are separately provided, so that the processing relating to the biological signal measuring means 20 is performed. It is possible to suppress power consumption due to clock overspec.
本実施の形態の構成を第１の実施の形態に適用する場合、図６のステップＳ１００，Ｓ１０１の処理を制御手段２３ａで行い、ステップＳ１０２，Ｓ１０３の処理を制御手段２３ｂで行うようにすればよい。また、本実施の形態の構成を第２の実施の形態に適用する場合、図９のステップＳ２００〜Ｓ２０２の処理を制御手段２３ａで行い、ステップＳ２０３，Ｓ２０４の処理を制御手段２３ｂで行うようにすればよい。第１の実施の形態で説明した電圧制御信号は、制御手段２３ｂから昇圧手段２５へ出力すればよい。第１の実施の形態で説明した安全機構に関するスイッチ２６の制御は、制御手段２３ａまたは２３ｂのどちらが行ってもよいが、高いクロック周波数を必要としない動作のため、制御手段２３ａで行えばよい。 When the configuration of the present embodiment is applied to the first embodiment, the processing of steps S100 and S101 in FIG. 6 is performed by the control means 23a, and the processing of steps S102 and S103 is performed by the control means 23b. Good. Further, when the configuration of the present embodiment is applied to the second embodiment, the processing of steps S200 to S202 in FIG. 9 is performed by the control means 23a, and the processing of steps S203 and S204 is performed by the control means 23b. do it. The voltage control signal described in the first embodiment may be output from the control unit 23b to the boosting unit 25. The control of the switch 26 related to the safety mechanism described in the first embodiment may be performed by either the control unit 23a or 23b, but may be performed by the control unit 23a for an operation that does not require a high clock frequency.
その他の構成は第１、第２の実施の形態で説明したとおりである。なお、１つの制御手段の中に、それぞれ異なるクロック周波数で動作する領域を設けてもよいことは言うまでもない。 Other configurations are as described in the first and second embodiments. It goes without saying that regions that operate at different clock frequencies may be provided in one control means.
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、安全機構についての実施例である。第１の実施の形態では、生体信号測定端末２の充電中に使用者がウェアラブルデバイス１０を使用できないようにするために、充電開始と同時に昇圧手段２５へのスイッチ２６をオフにするプログラムを実施した。これに対して、本実施の形態では、使用者が生体信号測定端末２を操作する行為によって、充電時と使用時のアイソレーションを実現する。具体的には、ハードウェアの構造を工夫することによって、生体信号測定端末２を充電するためには生体信号測定端末２の電源をオフにすることが必須な機構について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an example of a safety mechanism. In the first embodiment, in order to prevent the user from using the wearable device 10 during the charging of the biological signal measurement terminal 2, a program for turning off the switch 26 to the boosting means 25 at the same time as the start of charging is implemented. did. On the other hand, in this Embodiment, the isolation | separation at the time of charge and use is implement | achieved by the action which a user operates the biosignal measurement terminal 2. FIG. Specifically, a mechanism in which turning off the power of the biological signal measurement terminal 2 in order to charge the biological signal measurement terminal 2 by devising the hardware structure will be described.
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は生体信号測定端末２の筐体表面に設けられた電源スイッチ部の外観図である。図１１（Ａ）に示すように、生体信号測定端末２の筐体表面には、可動部のスライドによって電源のオン／オフを切り替えられる電源スイッチ２９（スライドスイッチ）が設けられている。電源スイッチ２９がオンの位置にあるとき、電源供給手段２４から生体信号測定端末２の各回路に電源電圧が供給される。このとき、充電用のコネクタレセプタクル２８は、電源スイッチ２９の可動部によって塞がれている状態となっている。 11A and 11B are external views of a power switch unit provided on the surface of the casing of the biological signal measurement terminal 2. FIG. As shown in FIG. 11A, a power switch 29 (slide switch) is provided on the surface of the casing of the biological signal measurement terminal 2 so that the power can be turned on / off by sliding the movable part. When the power switch 29 is in the ON position, the power supply voltage is supplied from the power supply means 24 to each circuit of the biological signal measurement terminal 2. At this time, the charging connector receptacle 28 is closed by the movable portion of the power switch 29.
一方、図１１（Ｂ）に示すように、使用者が電源スイッチ２９の可動部をオフの位置にスライドさせると、充電用のコネクタレセプタクル２８が現れ、このコネクタレセプタクル２８に充電器のコネクタプラグを接続することが可能となる。このとき、電源供給手段２４の出力端子と生体信号測定端末２の各回路の電源入力端子との間の接続は電源スイッチ２９によって遮断される。 On the other hand, as shown in FIG. 11B, when the user slides the movable part of the power switch 29 to the off position, a charging connector receptacle 28 appears, and the connector plug of the charger is inserted into the connector receptacle 28. It becomes possible to connect. At this time, the connection between the output terminal of the power supply means 24 and the power input terminal of each circuit of the biological signal measuring terminal 2 is interrupted by the power switch 29.
本実施の形態のような物理的な安全機構を設けるようにすれば、電源供給手段２４のリチウムイオン二次電池を充電する際に、充電器のコネクタプラグを生体信号測定端末２のコネクタレセプタクル２８に接続すると、電源スイッチ２９をオンすることが物理的に不可能な状態となり、電源供給手段２４と生体信号測定端末２の各回路との間の接続が遮断されるので、何らかの影響で商用電源と生体の皮膚上の電極とが導通することを防ぐことができる。 If a physical safety mechanism as in this embodiment is provided, when charging the lithium ion secondary battery of the power supply means 24, the connector plug of the charger is connected to the connector receptacle 28 of the biological signal measuring terminal 2. When the power supply switch 29 is connected, it becomes physically impossible to turn on the power switch 29, and the connection between the power supply means 24 and each circuit of the biological signal measurement terminal 2 is interrupted. And the electrode on the skin of the living body can be prevented from conducting.
なお、第１〜第４の実施の形態では、生体信号として心電波形を測定しているが、これに限るものではなく、筋電位、脳波等を測定してもよい。 In the first to fourth embodiments, an electrocardiographic waveform is measured as a biological signal. However, the present invention is not limited to this, and a myoelectric potential, an electroencephalogram, or the like may be measured.
第１〜第４の実施の形態で説明した生体信号測定端末２の制御手段２３，２３ａ，２３ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。 The control means 23, 23a, 23b of the biological signal measurement terminal 2 described in the first to fourth embodiments are a computer having a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and hardware resources thereof. It can be realized by a program to be controlled. The CPU executes the processes described in the first to fourth embodiments in accordance with a program stored in the storage device.
本発明は、生体情報をモニタリングするシステムに適用することができる。 The present invention can be applied to a system for monitoring biological information.
１…衣服、２…生体信号測定端末、３…生体信号測定用電極、４…生体電気刺激用電極、５…端末―衣類インタフェース、６…外部機器、１０…ウェアラブルデバイス、２０…生体信号測定手段、２１…無線通信手段、２２…生体電気刺激手段、２３，２３ａ，２３ｂ…制御手段、２４…電源供給手段、２５…昇圧手段、２６…スイッチ、２７，２８…コネクタレセプタクル、２９…電源スイッチ、５０…コネクタプラグ、２２０…Ｈブリッジ回路、２２１〜２２４…スイッチ、２２５，２２６…ドライバ回路、２２７…正側出力端子、２２８…負側出力端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Clothes, 2 ... Biosignal measurement terminal, 3 ... Biosignal measurement electrode, 4 ... Bioelectric stimulation electrode, 5 ... Terminal-clothing interface, 6 ... External apparatus, 10 ... Wearable device, 20 ... Biosignal measurement means , 21 ... wireless communication means, 22 ... bioelectric stimulation means, 23, 23a, 23b ... control means, 24 ... power supply means, 25 ... boosting means, 26 ... switch, 27, 28 ... connector receptacle, 29 ... power switch, DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Connector plug, 220 ... H bridge circuit, 221-224 ... Switch, 225, 226 ... Driver circuit, 227 ... Positive side output terminal, 228 ... Negative side output terminal
Claims (8)
前記生体信号測定用電極を介して使用者の生体信号を測定し、この生体信号に応じた電気刺激信号を、前記生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に印加する生体信号測定端末と、
この生体信号測定端末を前記基材に着脱自在に装着するためのインタフェースと、
前記基材に設けられ、前記インタフェースに装着された生体信号測定端末と前記生体信号測定用電極および生体電気刺激用電極とを電気的に接続する配線とを備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。 An electrode for biosignal measurement and an electrode for bioelectric stimulation arranged on a base material worn by the user so as to come into contact with the body surface of the user;
A biological signal measuring terminal that measures a user's biological signal via the biological signal measuring electrode and applies an electrical stimulation signal corresponding to the biological signal to the user's body via the biological electrical stimulation electrode; ,
An interface for detachably attaching the biological signal measuring terminal to the base material;
A wearable device comprising: a biological signal measurement terminal provided on the substrate and attached to the interface; and a wiring for electrically connecting the biological signal measurement electrode and the bioelectric stimulation electrode.
前記生体信号測定端末は、
前記生体信号として使用者の心電波形を測定する生体信号測定手段と、
前記生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段と、
前記心電波形から生体特徴量としてＲ波を検出し、このＲ波の検出の度に前記生体電気刺激手段から前記電気刺激信号を出力させるための制御信号を出力する制御手段とを備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to claim 1, wherein
The biological signal measuring terminal is
A biological signal measuring means for measuring an electrocardiographic waveform of the user as the biological signal;
Bioelectric stimulation means for applying an electrical stimulation signal to the user's body via the bioelectric stimulation electrode;
Control means for detecting an R wave as a biological feature from the electrocardiogram waveform and outputting a control signal for outputting the electrical stimulation signal from the biological electrical stimulation means each time the R wave is detected. A featured wearable device.
前記生体信号測定端末は、
前記生体信号として使用者の心電波形を測定する生体信号測定手段と、
前記生体電気刺激用電極を介して使用者の身体に電気刺激信号を印加する生体電気刺激手段と、
前記心電波形から生体特徴量として、Ｒ波と１つ前のＲ波の間隔であるＲ−Ｒ間隔を検出し、このＲ−Ｒ間隔と同じ時間間隔で前記生体電気刺激手段から前記電気刺激信号を出力させるための制御信号を出力する制御手段とを備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to claim 1, wherein
The biological signal measuring terminal is
A biological signal measuring means for measuring an electrocardiographic waveform of the user as the biological signal;
Bioelectric stimulation means for applying an electrical stimulation signal to the user's body via the bioelectric stimulation electrode;
An RR interval that is an interval between the R wave and the previous R wave is detected from the electrocardiogram waveform as a biometric feature, and the electrical stimulation is performed from the bioelectric stimulation means at the same time interval as the RR interval. A wearable device comprising: control means for outputting a control signal for outputting a signal.
前記生体信号測定端末は、
さらに、二次電池によって電源電圧を供給する電源供給手段と、
前記二次電池を充電中の場合に、前記生体電気刺激手段の電源入力端子と前記電源供給手段の出力端子との接続を遮断する電源遮断手段とを備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to claim 2 or 3,
The biological signal measuring terminal is
Furthermore, a power supply means for supplying a power supply voltage by a secondary battery,
A wearable device comprising: a power shut-off means for shutting off a connection between a power input terminal of the bioelectric stimulation means and an output terminal of the power supply means when the secondary battery is being charged.
前記生体信号測定端末は、
さらに、二次電池によって電源電圧を供給する電源供給手段と、
前記生体信号測定手段と前記生体電気刺激手段と前記制御手段のそれぞれの電源入力端子と、前記電源供給手段の出力端子との接続を開閉する電源スイッチと、
前記二次電池の充電用コネクタとを備え、
前記電源スイッチは、電源オンの位置にあるときに、可動部が前記充電用コネクタを閉塞し、電源オフの位置にあるときに、前記可動部による前記充電用コネクタの閉塞を解除し、前記充電用コネクタに充電器のコネクタが接続されているときに、前記電源オンの位置への移動が不可となるスライド式のスイッチであることを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to claim 2 or 3,
The biological signal measuring terminal is
Furthermore, a power supply means for supplying a power supply voltage by a secondary battery,
A power switch for opening and closing a connection between each power input terminal of the biosignal measuring means, the bioelectric stimulation means and the control means, and an output terminal of the power supply means;
A connector for charging the secondary battery,
When the power switch is in a power-on position, the movable part closes the charging connector, and when the power switch is in a power-off position, the power switch releases the charging connector from being blocked. A wearable device that is a slide-type switch that cannot be moved to the power-on position when a connector of a charger is connected to the connector.
前記生体電気刺激手段の出力回路は、前記制御手段からの制御信号に応じて正極性、負極性、両極性のいずれかの極性で前記電気刺激信号を出力することを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to any one of claims 2 to 5,
The wearable device characterized in that the output circuit of the bioelectric stimulation means outputs the electrical stimulation signal with a positive polarity, a negative polarity, or both polarities according to a control signal from the control means.
前記制御手段は、
前記心電波形から生体特徴量を検出する第１の制御手段と、
前記生体特徴量に応じて前記制御信号を前記生体電気刺激手段に出力する第２の制御手段とから構成され、
前記第１の制御手段と前記第２の制御手段とは、異なるクロック周波数で動作することを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to any one of claims 2 to 6,
The control means includes
First control means for detecting biometric features from the electrocardiogram waveform;
Second control means for outputting the control signal to the bioelectric stimulation means according to the biometric feature amount,
The wearable device, wherein the first control means and the second control means operate at different clock frequencies.
前記生体信号測定端末は、
さらに、前記生体信号の測定によって取得したデータを外部機器に送信すると共に、前記外部機器から前記電気刺激信号の出力制御のための情報を受信する無線通信手段を備えることを特徴とするウェアラブルデバイス。 The wearable device according to any one of claims 1 to 7,
The biological signal measuring terminal is
The wearable device further comprises wireless communication means for transmitting data acquired by measuring the biological signal to an external device and receiving information for output control of the electrical stimulation signal from the external device.
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