JP2004016658A - 生体信号測定可能な携帯型端末および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯型端末を用いて筋電信号や脳波などの生体信号を取得測定する際に、貼付場所が限定されないボディーアースまたはシステムリファレンス用電極の簡便な設置手段を提供する。
【解決手段】筋電信号や脳波などの生体信号を測定可能である携帯型端末（２０，３０，４０）が、　端末本体；　端末本体の外表面の一部に設置され、当該携帯型端末の使用者の皮膚に接触しうるように配置されたボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極（２２，３２，４２）；および　差動増幅用電極（２４，３４，４４）；　から構成される。差動増幅用電極は、外付けでもよいし、端末本体の外表面の一部に設置してもよい。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に生体信号を測定可能な携帯型端末および測定方法に関し、特にボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極が携帯型端末本体の外表面に設置された携帯型端末およびそれを用いた生体信号測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、喉頭を失った無咽頭者などのように正常な発声ができなくなった人の音声言語を解読するために、口の周囲の筋肉の動きに伴って発生する筋電信号を取得し処理して母音の種類を識別するという研究がある。これは、筋電信号をバンドパスフィルタを通した後、閾値の交差回数をカウントして５母音（ａ，ｉ，ｕ，ｅ，ｏ）を弁別するものである。また、近年、医療用に加え、ヒューマンインターフェース用などのためにも、筋電信号や脳波などの人間の生体電気信号を簡便に取得し処理する必要性が徐々に高まっている。
【０００３】
通常、筋電信号や脳波などの生体電気信号を取得する際には、差動増幅器を用いることにより外来のノイズ成分を除去している。差動増幅器を用いて筋電信号を取得するために複数個の電極を生体に接触させることが必要である。例えば１種類の筋電信号を取得するためには、生体に３個以上の電極を接触させる必要がある。すなわち、差動増幅用のための２個の電極と、通常ボディーアースまたはシステムリファレンスと呼ばれる１個の電極とが必要である。測定器によっては、ボディーアース専用電極１個に加え、システムリファレンス専用電極をさらに１個必要とする場合もある。このような場合には、１種類の筋電信号を取得するために、合計４個の電極が必要である。
【０００４】
これらの電極のうち差動増幅用の２個の電極は、測定しようとする筋肉の滑走方向に対して貼付するものであり、貼付場所は測定しようとする場所に限定される。それに対しボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極は、差動増幅器の基準となる電位を取得したり、差動増幅器のアースを生体と等電位にするために設置するものであることから、貼付場所は特に限定されるわけではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電極を貼付するためには、電極にぺ一ストを塗った後、人体皮膚に貼付し、その上からテープなどで固定する必要があるため、非常に煩雑な作業であり時間もかかる。ボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極に関しては、上肢や下肢に巻くことが可能なバンド状の電極や、耳梁を挟み込むクリップ型の電極も存在するが、それらの電極を用いたとしても、電極設置作業をしなければならず、やはり煩雑である。
【０００６】
従来、筋電信号や脳波などの生体信号を測定するのは、現場での医療検査や治療が主目的であったため、検査室や手術室での使用を前提とした電極しか存在していなかった。筋電信号や脳波などの生体信号を、特にヒューマンインタフェースとして測定する場合には、ユーザの負担を軽減するために電極貼付の手間を極力少なくすることが重要である。また筋電信号や脳波などの生体信号を検査や治療を目的として測定する場合においても、当然のことながら電極貼付の手間は少ない方がよい。
【０００７】
上記に示したように、筋電信号や脳波などの生体信号を取得する際には、貼付場所が測定しようとする領域に限定される差動増幅用電極と、貼付場所が特に限定されないボディーアースまたはシステムリファレンス用電極とを貼付する必要がある。このうち差動増幅用電極は、貼付場所が測定する領域に限定され、測定する領域が異なれば、当然貼付する場所も異なる。そのため、貼付する場所毎に最適な方法で貼付する必要があり、一般に、常に簡便な方法で電極を貼付できるとは限らない。
【０００８】
それに対して、貼付場所が限定されないボディーアースまたはシステムリファレンス用電極は、常にある一定の領域に電極を貼付するということが可能である。そのため、ある一定の領域に対して、簡便な電極貼付方法が存在すれば、電極貼付の手間を少なくすることができる。その具体的な例として、上記のバンド状電極やクリップ型電極が挙げられる。
【０００９】
また、筋電信号や脳波などの生体信号を、新しいヒューマンインタフェースとしての利用のために測定する場合、場所に束縛されないで測定できること、測定結果を何らかの処理により認識すること、測定した結果を有線もしくは無線回線を通じて遠隔地に伝達すること等が可能となれば、筋電信号や脳波などの生体信号を利用したインタフェースの利用価値が飛躍的に高まることが考えられる。
【００１０】
上記のようなことを可能とするために、携帯電話やＰＤＡなどの携帯型端末を用いて、筋電信号や脳波などの生体信号を取得することが望まれている。携帯電話やＰＤＡなどの携帯型端末を用いて、筋電信号や脳波などの生体信号を測定する際に、特にボディーアースまたはシステムリファレンス用電極を簡便に設置することが重要である。
【００１１】
本発明の一目的は、携帯電話やＰＤＡなどの携帯型端末を用いて筋電信号や脳波などの生体信号を取得測定する際に、貼付場所が限定されないボディーアースまたはシステムリファレンス用電極の簡便な設置手段を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の一特徴に従った、生体信号を測定可能な携帯型端末は、　端末本体；　端末本体の外表面の一部に設置され、当該携帯型端末の使用者の皮膚に接触しうるように配置されたボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極；および　差動増幅用電極；　から構成される。
【００１３】
生体信号の中には、筋電信号や脳波などが非限定的に含まれる。携帯型端末としては、携帯電話、ＰＤＡ、ヘッドマウントデイスプレイ（ＨＭＤ）や腕時計型端末など小型で携帯可能な端末であり、なおかつ生体信号を取り込み、解析し、伝送などが可能であればどのような形態の端末でも良い。また、生体信号を解析する機能や、生体信号を伝送する機能は必ずしも内蔵する必要はない。　携帯型端末を片手に保持しながら、あるいは耳に掛けて保持しながら、筋電信号や脳波などの生体信号を測定し、測定した生体信号は携帯型端末に有線もしくは無線回線を通じて伝達される。ここで重要なことは、上述の携帯型端末は必ず皮膚と接触するということである。携帯電話やＰＤＡなどでは端末と少なくとも手が接触している。ＨＭＤは額、もしくはこめかみで接触している。
【００１４】
このように携帯型端末を用いて筋電信号や脳波を測定する場合、皮膚に接触している携帯型端末外表面部分にボディーアースまたはシステムリファレンス用電極を設置することによって、特にそのための電極を貼付することなく、ボディーアースまたはシステムリファレンス用の電位を取得することが可能となる。
【００１５】
図１に本発明の原理構成図を示す。電極付携帯型端末には、上記したように様々な形態（携帯電話、ＰＤＡ，ＨＭＤ、腕時計型端未など）が考えられるため、図１では全てを四角形が代表して表現している。電極付携帯型端末には、図示のように電極が設置されている。この電極は、電極付携帯型端末の外表面のうち、皮膚に接触する部位に設置されている。さらに、電極付携帯型端末には差動増幅用電極が複数接続している。
【００１６】
【作用】
電極付携帯型端末には皮膚と接触する部位に電極が設置してあり、その電極をボディーアースまたはシステムリファレンスとすることが可能である。そのため携帯型端末を身に付け使用するだけで、ボディーアースまたはシステムリファレンス用電極を貼付する必要がなくなる。残りの差動増幅用の電極を所望の位置に貼付するだけで、筋電信号や脳波などの生体信号を速やかに測定することが可能となる。これにより、携帯電話やＰＤＡなどの携帯型端末を用いて、筋電信号や脳波などの生体信号を測定する際に、貼付場所が限定されないボデイーアースまたはシステムリファレンス用電極の設置に関して、電極設置の煩雑さを解消することができる。そしてさらに、電極設置の手間を軽減することによって、携帯電話やＰＤＡなどの移動型端末を用いて、筋電信号や脳波などの生体信号を容易に取得可能とする手段を提供することが可能となった。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１７】
図２に携帯型端末として携帯電話を用いた場合の具体的な電極配置の一例を示す。図２に示した例では、携帯電話または端末本体２０の片側側面にボディーアースまたはシステムリファレンス用電極２２を配置し、携帯電話の前面に差動増幅用の電極２４を複数個配置している。携帯電話２０を片手で持って電話する際、携帯電話２０と手の皮膚および顔の皮膚とが接触する。接触する部位は、例えば携帯電話の側面と指であったり、携帯電話の背面と手のひらであったり、携帯電話の前面と耳もしくは頬であったりする。この接触部位は、携帯電話の形状に大きく依存する。ストレートタイプのキャンディーバー型携帯電話と折り畳み式のクラムシェル型携帯電話とでは接触部位が異なる。しかし、どのような形状の携帯電話であるにしろ、携帯電話と皮膚とが接触することには変わりがない。そのため携帯電話の形状に適した場所にボディーアースまたはシステムリファレンス用電極を設置すればよい。
【００１８】
図２の例では、さらに差動増幅用の電極２４も携帯電話に設置している。この差動増幅用電極２４は、測定しようとする生体の領域に接触するように配置する必要がある。例えば携帯電話または端末本体２０を頬と接触させ、その領域の生体信号を測定しようとする場合には、図２に示したように位置において携帯電話自体に差動増幅用電極２４を設置することも可能である。
【００１９】
差動増幅用電極は、必ずしも携帯電話自体に設置しなければならない訳ではなく、携帯電話とリード線などで接続して携帯電話の外部に配置することも可能である。
【００２０】
図３には携帯型端末としてＰＤＡを用いた場合の具体的な電極配置の一例を示す。図３に示した例では、ＰＤＡ３０の携帯型端末または端末本体３０の片側側面にボデイーアースまたはシステムリファレンス用電極３２を配置している。差動増幅用電極３４は、リード線などを介してＰＤＡ３０と接続された遠隔的な電極として構成している。
【００２１】
ＰＤＡ３０を手で保持するときには、図２に示した携帯電話の場合と同様に、必ずＰＤＡと手、指または腕などの皮膚とが接触する。接触部位はＰＤＡの形状によって異なるが、どのような形状のＰＤＡにおいても、保持されるときには人体の皮膚と接触する部位が存在する。従って、ＰＤＡの形状に応じて適切な部位にボディーアースまたはシステムリファレンス用電極を設置すればよい。
【００２２】
差動増幅用電極は、ＰＤＡと接触する領域の生体信号を測定する場合には、ＰＤＡ自体に設置することも可能である。
【００２３】
図４には携帯型端末としてＨＭＤまたはメガネを用いた場合の電極配置の一例を示す。図４に示した例では、携帯型端末または端末本体４０のＨＭＤまたはメガネ４０における「つる」部分の部位、すなわちＨＭＤまたはメガネを掛けた場合にこめかみ付近の皮膚と接触する部位に、ボディーアースまたはシステムリファレンス用電極４２を配置することができる。
【００２４】
差動増幅用の電極４４は、リード線を介してＨＭＤまたはメガネと接続して、遠隔的に配置することができる。あるいは、ＨＭＤまたはメガネを掛けた際に皮膚と接触する領域の生体信号を測定する場合には、差動増幅用電極をＨＭＤまたはメガネ自体に設置することも可能である。
【００２５】
携帯型端末としてヘッドセットを用いた場合（図示せず）には、ボディーアースまたはシステムリファレンス用電極および差動増幅用電極双方を、ヘッドセット自体に設置することにより、脳波を測定することも可能である。
【００２６】
図２、図３および図４には携帯型端末として、携帯電話、ＰＤＡ、ＨＭＤまたはメガネを用いた場合の電極配置の一例を示した。本発明は、携帯電話、ＰＤＡ、ＨＭＤおよびメガネには限定されるものではない。本明細書において、「携帯型端末」とは上記の端末以外に、様々な形状や機能を有した全ての携帯型の製品・機器を含む。例えば腕時計型端未や、指輪型端末、ネックレス型端末などの人体に接触するものならば、どのような端末にも本発明が適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の実施形態に従えば、携帯電話やＰＤＡなどの携帯型端末を用いて筋電信号や脳波などの生体信号を測定する際に、ボディーアースまたはシステムリファレンス用電極を簡便に設置することができ、電極設置の煩雑さを解消することができる。また、差動増幅用電極を携帯型端末自体に配置できる場合には、さらに電極設置の煩雑さを解消することができる。そして電極設置の手間を軽減することによって、携帯電話やＰＤＡなどの携帯型端末を用いて、筋電信号や脳波などの生体信号をどこでも容易に取得可能となる。
【００２８】
本発明を携帯電話に応用した場合の実施形態においては、発声困難者による電話使用時や、発声困難場所における電話の使用時に特に有用である。すなわち、実際に空気振動である音響としての声を出さずとも、口周辺の動きだけで話す内容が携帯電話により認識されうるからである。
【００２９】
その他の通信機能を有する携帯型端末の場合には、取得した生体信号を外部のデバイスへと送信することが可能であり、医療用、ヒューマンインターフェース等を含む広範な用途に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す図である
【図２】本発明を携帯電話に応用した場合の電極配置例を示す図である。
【図３】本発明をＰＤＡに応用した場合の電極配置例を示す図である。
【図４】本発明をＨＭＤまたはメガネに応用した場合の電極配置例を示す図である。
【符号の説明】
２０，３０，４０　　　携帯型端末
２２，３２，４２　　　ボディーアースまたはシステムリファレンス用電極
２４，３４，４４　　　差動増幅用電極

Claims (8)

1. 生体信号を測定可能な携帯型端末であって：
   端末本体；
   前記端末本体の外表面の一部に設置され、当該携帯型端末の使用者の皮膚に接触しうるように配置されたボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極；および
   差動増幅用電極；
   から構成される携帯型端末。
2. 請求項１に記載された携帯型端末であり、前記生体信号が筋電信号や脳波などの生体信号である、ことを特徴とする携帯型端末。
3. 請求項１に記載された携帯型端末であり、前記差動増幅用電極が、リード線を介して前記端末本体と電気的に接続され前記端末本体の外部に配置された、ことを特徴とする携帯型端末。
4. 請求項１に記載された携帯型端末であり、前記差動増幅用電極が、前記端末本体の外表面の一部に設置され、当該携帯型端末の使用者の皮膚のうち前記生体信号の測定に適切な場所に接触しうるように配置された、ことを特徴とする携帯型端末。
5. 携帯型端末を利用して生体信号を測定する方法であって：
   端末本体；
   前記端末本体の外表面の一部に設置され、当該携帯型端末の使用者の皮膚に接触しうるように配置されたボディーアースまたはシステムリファレンス用の電極；および
   差動増幅用電極；
   から構成される前記携帯型端末の使用者が、該携帯型端末を保持することにより前記使用者の生体信号を測定する方法。
6. 請求項５に記載された生体信号測定方法であり、前記生体信号が筋電信号や脳波などの生体信号である、ことを特徴とする生体信号測定方法。
7. 請求項５に記載された生体信号測定方法であり、前記差動増幅用電極が、リード線を介して前記端末本体と電気的に接続され前記端末本体の外部に配置された、ことを特徴とする生体信号測定方法。
8. 請求項５に記載された生体信号測定方法であり、前記差動増幅用電極が、前記端末本体の外表面の一部に設置され、当該携帯型端末の使用者の皮膚のうち前記生体信号の測定に適切な場所に接触しうるように配置された、ことを特徴とする生体信号測定方法。

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