JP6445303B2 - Biopotential measurement device - Google Patents
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Description
本発明は、生体情報を取得する技術に関する。 The present invention relates to a technique for acquiring biological information.
病気の発見や診断には生体情報を取得して解析することが非常に有用である。既存の生体情報を計測する装置として、筒状のカフ内に入れる空気量を調整することで適切な血圧計測が可能な血圧測定装置が考案されている(非特許文献1)。 It is very useful to acquire and analyze biological information for the discovery and diagnosis of diseases. As an apparatus for measuring existing biological information, a blood pressure measuring apparatus capable of measuring blood pressure appropriately by adjusting the amount of air put into a cylindrical cuff has been devised (Non-Patent Document 1).
生体情報のひとつに表面筋電がある。表面筋電は、筋肉運動を伴う種々の病気判別に有効であることが知られている。表面筋電を計測するためには、計測対象の筋肉の筋腹付近に適切に計測電極を取り付ける必要がある。医師や看護師など医学的知見を有するものが筋腹に計測電極を設置し、筋電計(EMG)により表面筋電を計測していた。図4に、従来の表面筋電を測定する様子を示す。 One of biological information is surface myoelectricity. It is known that surface myoelectricity is effective for discrimination of various diseases accompanied by muscle exercise. In order to measure surface myoelectricity, it is necessary to appropriately attach measurement electrodes near the muscle abdomen of the muscle to be measured. Medical doctors and nurses with medical knowledge installed measurement electrodes on the muscle belly and measured surface electromyograms with an electromyograph (EMG). FIG. 4 shows the state of measuring conventional surface myoelectricity.
表面筋電の計測中は、計測電極を計測対象の筋肉の筋腹付近に設置し続けることが重要である。振戦とミオクローヌスなど、短時間の計測のみでは判別を行うことが難しい場合には、睡眠中など比較的長時間にわたる連続的な計測が診断に役立つことが知られている(非特許文献2,3)。 During measurement of surface myoelectricity, it is important to keep the measurement electrode installed near the muscle belly of the muscle to be measured. It is known that continuous measurement over a relatively long period of time, such as during sleep, is useful for diagnosis when it is difficult to determine only by short-time measurement such as tremor and myoclonus (Non-Patent Document 2, 3).
しかしながら、医学的知見を持たない者が計測対象の筋肉の筋腹を探し当てることが困難な場合があり、その場合、被計測者が自ら計測電極を適切な位置に設置できないという問題があった。表面筋電以外の生体情報を計測するときも同様の問題が考えられる。 However, there is a case where it is difficult for a person who does not have medical knowledge to find the muscle belly of the muscle to be measured. In this case, there is a problem that the person to be measured cannot install the measurement electrode in an appropriate position. The same problem can be considered when measuring biological information other than surface myoelectricity.
また、従来の機器では、大きな体動には弱く、寝返りの際などに計測電極が外れてしまうという問題があった。長時間にわたる生体情報の計測時には計測電極をメディカルテープなどで固定する必要があり、被計測者への侵襲性が高いことが問題となる。 In addition, the conventional device has a problem that the measurement electrode is detached when turning over because it is weak against a large body movement. When measuring biological information over a long period of time, it is necessary to fix the measurement electrode with a medical tape or the like, and there is a problem that the invasiveness to the measurement subject is high.
さらに、計測対象の筋肉の大きさや筋腹の位置は被計測者の体格によって異なる。特に、広範にわたる筋肉を計測対象とする場合には、体格差による筋腹の位置が大きく異なる。 Furthermore, the size of the muscle to be measured and the position of the muscle belly vary depending on the physique of the person being measured. In particular, when measuring a wide range of muscles, the position of the muscle abdomen due to the difference in physique differs greatly.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、被計測者の体格を問わず、医学的知見を持たなくても容易に生体情報計測を行えることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to easily perform biological information measurement without medical knowledge regardless of the physique of the measurement subject.
本発明に係る生体電位計測装置は、被計測者に装着して生体電位を計測する少なくとも一方が開口している筒状の生体電位計測手段と、解析手段とを備える生体電位計測装置であって、前記生体電位計測手段は、当該生体電位計測手段を前記被計測者に固定する固定部と、生体電位を計測する複数の計測部と、を有し、前記解析手段は、前記複数の計測部それぞれで計測した前記生体電位の中から前記生体電位の特徴に応じて前記生体電位を計測対象として選択することを特徴とする。 A biopotential measuring apparatus according to the present invention is a biopotential measuring apparatus provided with a cylindrical biopotential measuring means that is opened on at least one of the bioelectric potential attached to a measurement subject and an analysis means. The biopotential measuring means has a fixing part for fixing the biopotential measuring means to the person to be measured, and a plurality of measuring parts for measuring a biopotential, and the analyzing means comprises the plurality of measuring parts. and selects the biopotential as a measurement target in accordance from the biopotentials measured at each feature of the biological potential.
上記生体電位計測装置において、前記生体電位計測手段は生体電位として表面筋電を計測し、前記解析手段は、前記生体電位のうち平均振幅が最大の生体電位を計測対象として選択することを特徴とする。 In the biopotential measuring apparatus, the biopotential measuring means measures surface myoelectricity as a biopotential, and the analyzing means selects a biopotential having the maximum average amplitude among the biopotentials as a measurement target. To do.
本発明によれば、被計測者の体格を問わず、医学的知見を持たなくても容易に生体情報計測を行えることができる。 According to the present invention, it is possible to easily perform biological information measurement without having medical knowledge regardless of the physique of the measurement subject.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態における生体電位計測装置の構成を示す図である。同図では、前脛骨筋の表面筋電を計測する生体電位計測装置1Aと長母趾伸筋の表面筋電を計測する生体電位計測装置1Bを図示している。生体電位計測装置1A,1Bは、例えば、サポーター、レッグウォーマー、アームカバー、あるいは腹巻きなどのような被計測者が装着可能な布製の筒状の装置であり、装置固定部11と複数の表面筋電計測部12A〜12Cを備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a biopotential measurement apparatus in the present embodiment. In the figure, a bioelectric
装置固定部11は、生体電位計測装置1A,1Bの固定位置がずれない程度の力加減で被計測者を締め付けることで、生体電位計測装置1A,1Bを被計測者に固定する部分である。装置固定部11には、平ゴムやタック編み生地などの伸縮性の高い布・生地を用いる。あるいは、装置固定部11にマジックテープ(登録商標)やボタン・ホック・スナップを備えて生体電位計測装置1A,1Bを被計測者に固定してもよい。
The
表面筋電計測部12A〜12Cは、それぞれ電極を備えて計測対象筋肉の表面筋電を計測する部分である。表面筋電計測部12A〜12Cは、計測位置がずれない程度の力加減で被計測者を締め付けて表面筋電計測部12を固定する。装置固定部11の締め付け力は表面筋電計測部12A〜12Cの締め付け力よりも強くする。
The surface
図2に表面筋電計測部12の構成を示す。同図では、電極を設置した面を外側、つまり使用時の形態から裏返した状態で表面筋電計測部12を図示している。同図に示すように、表面筋電計測部12は、固定部121の一部に計測部122を備えた環状の部位である。
FIG. 2 shows the configuration of the surface
固定部121は、表面筋電計測部12の固定位置がずれない程度の力加減で被計測者を締め付けて表面筋電計測部12を対象筋肉の表面筋電を計測する位置に固定する。固定部121には、平ゴムやタック編み生地などの伸縮性の高い布・生地を用いる。あるいは、固定部121にマジックテープ(登録商標)やボタン・ホック・スナップを備えて表面筋電計測部12を計測位置に固定してもよい。
The
計測部122は、1組の皿形電極123を備える。皿形電極123は1.5〜2.0cm程度間隔をあけて設置する。皿形電極123の一方をグラウンドとして使用する。計測部122には非伸縮性の布・生地を用いる。固定部121が伸縮性を有するので、表面筋電計測部12全体として締め付け力を有し、皿形電極123のズレを防ぐことができる。なお、図1,2には図示していないが、皿形電極123は、皿形電極123から延ばした配線により表面筋電を計測・解析する解析装置に接続される。あるいは、皿形電極123が計測した表面筋電を無線により解析装置に送信してもよい。解析装置は、計測対象の筋肉を随意運動させたときの最大背屈、あるいは最大伸長時に計測された表面筋電の平均振幅をもとに、ローカットフィルタやローパスフィルタを作成して表面筋電の解析を行う。
The
解析装置は、複数の表面筋電計測部12A〜12Cで計測された表面筋電のうち、随意運動時の表面筋電の平均振幅が最大のものを筋腹近傍に配置された表面筋電計測部12A〜12Cであるとして計測対象とする。
The analysis device is a surface myoelectric measurement in which the surface electromyogram measured by the plurality of surface
また、表面筋電計測部12として、繊維素材を導電性高分子でコーティングした導電性繊維複合素材を用いてもよい(参考文献:高河原和彦、外4名、「業界の垣根を超えて結実したウェアラブルセンサ−hitoe技術」、NTT技術ジャーナル、日本電信電話株式会社、2014年5月、第26巻、第5号、p.42−p.44)。 Alternatively, a conductive fiber composite material in which a fiber material is coated with a conductive polymer may be used as the surface myoelectric measurement unit 12 (reference: Kazuhiko Takagawara, four others, “resulting beyond industry boundaries. Wearable sensor-hitoe technology ", NTT Technical Journal, Nippon Telegraph and Telephone Corporation, May 2014, Vol. 26, No. 5, p.42-p.44).
なお、本実施の形態の生体電位計測装置1A,1Bは、1組の皿形電極を備えた表面筋電計測部12A〜12Cを複数個設置したものであるが、表面筋電計測部12を計測対象の筋肉に合わせた大きさとして、表面筋電計測部12内に複数組の皿形電極を配置してもよい。
The bioelectric
装置固定部11が固定しにくい位置になる場合は、図3に示すように、装置固定部11の位置をくるぶしの下にするとともに、装置固定部11と表面筋電計測部12Bの間を布13などで繋げてもよい。
When the
本実施の形態では、生体電位計測装置1A,1Bを布製の筒状としたが、シャツの袖、胴まわりに生体電位計測装置1A,1Bを組み込むなど、計測部分に応じた形態を取ってもよい。例えば、靴下や手袋など、片側に閉口部をもつ筒状のものの一部に組み込んでも良い。また、計測対象の筋肉が膝や肘などの関節付近に位置する場合は、生体電位計測装置1A,1Bが関節部分をカバーしてもよい。この場合、関節の曲げ伸ばしによる影響を低減するために、関節部分のみを通常の生地を用いても良い。
In the present embodiment, the
次に、本実施の形態における生体電位計測装置を睡眠時における下肢ミオクローヌス検出に適用する例について説明する。 Next, an example in which the bioelectric potential measurement apparatus according to the present embodiment is applied to detection of lower limb myoclonus during sleep will be described.
下肢ミオクローヌスは、膝下において発生する不随意運動を特徴とする。睡眠時における下肢ミオクローヌス検出は、周期性四肢運動障害など、睡眠障害を引き起こす疾病の診断に不可欠である。下肢ミオクローヌス検出の計測対象となる主な筋肉としては前脛骨筋や長母趾伸筋が挙げられる。前脛骨筋は広範にわたる筋肉であり、前脛骨筋の大きさや筋腹の位置は、性別、身長、膝下の長さによって異なる。以下、図1の生体電位計測装置1Aを用いて、前脛骨筋の表面筋電を計測対象とする例について説明する。
Lower limb myoclonus is characterized by involuntary movements that occur below the knee. Detection of lower limb myoclonus during sleep is essential for diagnosing diseases that cause sleep disorders, such as periodic limb movement disorders. Examples of the main muscles to be measured for detection of lower limb myoclonus include the anterior tibial muscle and the long mother extensor muscle. The anterior tibial muscle is a wide range of muscles, and the size of the anterior tibialis muscle and the position of the muscle abdomen vary depending on gender, height, and length below the knee. Hereinafter, an example in which the surface electromyogram of the anterior tibial muscle is measured using the
前脛骨筋の表面筋電を測定するための生体電位計測装置1Aは、生体電位計測装置1Aを被計測者が装着したときに膝裏から下に複数組の皿形電極123が被計測者に接するように、所定の間隔を空けて配置された複数組の皿形電極123を備えている。図1の生体電位計測装置1Aでは、3組の皿形電極123(表面筋電計測部12A〜12C)を約3cm間隔で配置した。被計測者の身長が150cm前後の場合には膝に近い側の皿形電極123が筋腹に近くなり、被計測者の身長が170cm前後の場合には足首に近い側の皿形電極123が筋腹に近くなると推測される。後述の参考文献の身長推定計算式によれば、身長150〜185cmのバラつきに対して膝下高は約40〜60cmとなる(参考文献:“[2][身長][length]”、[online]、ニュートリー株式会社、[平成26年9月24日検索]、インターネット〈URL:http://www.nutri.co.jp/nutrition/keywords/ch1-5/keyword2/〉)。前脛骨筋の筋腹はふくらはぎよりやや下に位置するため、ふくらはぎのやや下に2組以上複数組の皿形電極123を配置する。これにより,いずれかの皿形電極123が筋腹近くに位置すると推測される。
The bioelectric
覚醒時、生体電位計測装置1Aを装着後、随意的に足関節を最大に背屈させて各表面筋電計測部12A〜12Cで表面筋電を計測し、同一期間における平均振幅が大きい表面筋電計測部12A〜12Cを解析対象として選択する。
At the time of awakening, after wearing the bioelectric
下肢ミオクローヌスの判定方法としては、非特許文献2に記載されているように、持続時間が100msec以下の短い群化放電が検出されたときに下肢ミオクローヌスとして判定する。 As described in Non-Patent Document 2, the lower limb myoclonus is determined as a lower limb myoclonus when a short grouping discharge having a duration of 100 msec or less is detected.
あるいは、非特許文献3に記載されているように、持続時間が0.5〜5秒間、振幅が覚醒時に随意的に足関節を最大に背屈させたときの筋放電の1/2以上、各筋放電間の間隔が5〜120秒の条件を満たす筋放電が検出されたときにミオクローヌスとして判定する。また、一夜の睡眠中において左右いずれかの下肢にこのミオクローヌスが40回以上出現した場合は、周期性四肢運動障害のおそれがあると判定できる。 Alternatively, as described in Non-Patent Document 3, the duration is 0.5 to 5 seconds, and the amplitude is optionally ½ or more of the muscle discharge when the ankle joint is maximally dorsiflexed when awake, It is determined as myoclonus when a muscle discharge is detected in which the interval between each muscle discharge satisfies the condition of 5 to 120 seconds. Moreover, when this myoclonus appears 40 times or more in the left or right lower limb during overnight sleep, it can be determined that there is a risk of periodic limb movement disorder.
さらに、非特許文献3に記載されているように、上記の前脛骨筋の表面筋電の計測に加えて、くるぶしの真上付近に筋腹が位置する長母趾伸筋の表面筋電の計測も同時に行い、拮抗筋である前脛骨筋と長母趾伸筋における同期性の単放電が検出されたときにミオクローヌスとして判定する。長母趾伸筋の表面筋電の計測には、図1の生体電位計測装置1Bを用いる。
Further, as described in Non-Patent Document 3, in addition to the measurement of the surface myoelectricity of the anterior tibial muscle, the surface myoelectricity of the long thigh extensor muscle in which the muscle abdomen is located just above the ankle. Measurement is also performed at the same time, and it is determined as myoclonus when a single synchronous discharge is detected in the anterior tibialis anterior muscle and the long thigh extensor muscle. The bioelectric
上記では、表面筋電の測定について説明したが、各部位をそれぞれ適したものとすることで、本発明は心電、胃電位、腸電位などの生体情報の計測にも同様に適用可能である。腸電位については、平時の生活の中での長時間に渡る計測を実現でき、過敏性腸症候群などの診断参考情報を取得可能となる(参考文献:岡久稔也、「過敏性腸症候群の診断と最適治療のための非侵襲的大腸小腸運動機能評価システムの開発」、科学研究費助成事業(科学研究費補助金)研究成果報告書、2012年5月20日)。 In the above description, measurement of surface myoelectricity has been described. However, by making each part suitable, the present invention can be similarly applied to measurement of biological information such as electrocardiogram, gastric potential, and intestinal potential. . Intestinal potential can be measured over a long period of time in normal life, and diagnostic reference information such as irritable bowel syndrome can be obtained (reference: Shinya Okahisa, “Diagnosis of irritable bowel syndrome” And development of noninvasive large intestine motility function evaluation system for optimal treatment ", Scientific Research Fund Grant (Scientific Research Fund Subsidy) Research Results Report, May 20, 2012).
以上説明したように、本実施の形態によれば、生体電位計測装置1A,1Bが被計測者に生体電位計測装置1A,1Bを固定する装置固定部11と、計測対象の筋肉の分布に基づいた複数の表面筋電計測部12A〜12Cを備えることにより、被計測者は、体格を問わず、事前に計測対象の筋肉の筋腹位置を確認する必要がなく、医学的知見を持たないものであっても適切に表面筋電を計測することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the bioelectric
本実施の形態によれば、生体電位計測装置1A,1Bを布製の筒状として、装置固定部11と表面筋電計測部12A〜12Cに伸縮性のある布・生地を用いることで、被計測者は生体電位計測装置1A,1Bを容易に取り付けることが可能で、体動による計測位置のズレを防止し、睡眠中などの長時間にわたる表面筋電の計測が可能となる。
According to the present embodiment, the bioelectric
1A,1B…生体電位計測装置
11…装置固定部
12,12A〜12C…表面筋電計測部
121…固定部
122…計測部
123…皿形電極
13…布
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記生体電位計測手段は、
当該生体電位計測手段を前記被計測者に固定する固定部と、
生体電位を計測する複数の計測部と、を有し、
前記解析手段は、前記複数の計測部それぞれで計測した前記生体電位の中から前記生体電位の特徴に応じて前記生体電位を計測対象として選択する
ことを特徴とする生体電位計測装置。 A bioelectric potential measurement device comprising: a cylindrical bioelectric potential measurement unit that is attached to a measurement subject and that measures at least one of the bioelectric potentials, and an analysis unit ;
The biopotential measuring means includes
A fixing unit for fixing the bioelectric potential measuring means to the person to be measured;
A plurality of measuring units for measuring biopotentials ,
The bioelectric potential measurement apparatus , wherein the analysis unit selects the bioelectric potential as a measurement target according to the biopotential characteristic from the biopotentials measured by the plurality of measurement units.
前記解析手段は、前記生体電位のうち平均振幅が最大の生体電位を計測対象として選択することを特徴とする請求項1に記載の生体電位計測装置。 The biopotential measuring means measures surface myoelectricity as a biopotential,
The bioelectric potential measurement apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit selects a bioelectric potential having a maximum average amplitude among the bioelectric potentials as a measurement target.
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