JP2006271798A - 生体情報処理システム。 - Google Patents

Abstract

【課題】生体に対する拘束性を軽減する。
【解決手段】生体センサ３は生体情報を検出し、送信機１に送信する。送信機１は、生体情報を変調した送信信号を送信電極１３から容量結合を介して人体４に印加し、送信信号に応じた強さの静電磁界または誘導電磁界を人体周りに誘起する。受信機２において、人体４の手がパネル部２０１にかざされると、人体周りの電界に応じて発生する受信信号から生体情報を復調する。そして、復調した生体情報の解析や表示や記録を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報を処理する生体情報処理システムに関するものである。

生体情報を処理する生体情報処理システムとしては、人体に検査光を照射する光源と検査光の人体による反射光を検出する検出器とよりなる心拍センサと、心拍センサと有線接続されたデータ処理装置とを備えた生体情報処理システムなどが知られている（たとえば、特許文献１）。ここで、このような生体情報処理システムにおいてデータ処理装置は、心拍センサで検出した反射光強度を有線通信を介して取得して反射光強度を解析し、人体の心拍数を算出する
一方、生体に関わる通信システムとしては、送信機において、通信情報を変調して生成した電位信号を容量結合などにより人体に印加することにより、人体周りに電界を誘起させると共に、受信機において、人体が誘起した電界強度を検出し、検出した電界強度から通信情報を復調する通信システムが知られている（たとえば、特許文献２、３、４）。
特開2004-261366号公報 特開2001-298425号公報 特開2001-352298号公報 特開2004-282733号公報

前記心拍センサとデータ処理装置を備えた生体情報処理システムによれば、心拍センサとデータ処理装置との間を有線接続する必要があるが、このような有線接続のための配線は、どうしてもある程度、心拍数を計測する被験者の姿勢や運動を拘束するものとならざるを得ない。

そこで、本発明は、生体に対する拘束性を軽減した生体情報処理システムを提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、生体に装着され、前記生体の状態を検出する生体センサと、前記生体センサが検出した前記生体の状態を表す生体情報を変調した送信信号を前記生体に印加し、前記生体周辺に電磁界を誘起させる、前記生体に装着される送信手段と、前記生体が誘起している電界強度または電磁界強度を検出し、検出した電界強度または電磁界強度から前記生体情報を復調する受信手段と、前記受信手段が復調した生体情報を処理する生体情報処理手段とを備えた生体情報処理システムを提供する。

このような生体情報処理システムによれば、生体センサから生体情報を処理する生体情報処理手段までの間の全てを有線接続する必要がないので、生体に対する拘束性を軽減した生体情報処理システムを実現することができる。
なお、このような生体情報処理システムにおいて、前記受信手段は、自動車のハンドルに設けられた受信電極と、当該受信電極に作用した電界強度または電磁界強度を検出する電磁界検出手段とを含めて構成するようにしてもよい。
また、前記課題達成のために、本発明は、生体に装着され、前記生体の状態を検出する生体センサと、前記生体センサが検出した前記生体の状態を表す生体情報を変調した送信信号を前記生体に印加し、前記生体周辺に電磁界を誘起させる、前記生体に装着される送信手段と、前記送信手段が装着された生体と同じ生体に装着される生体情報処理装置とを備えた生体情報処理システムを提供する。ここで、前記生体情報処理装置は、前記生体が誘起している電界強度または電磁界強度を検出する受信手段と、前記受信手段が復調した生体情報を処理する生体情報処理手段とを備えるものである。

このような構成によれば、有線接続の無いモバイルなシステムとして生体情報処理システムを構成することができると共に、人体に対する装着場所が限られる生体センサを、生体情報の処理を行うために比較的大型化しがちな生体情報処理装置と分離して設けることができるので、生体センサの人体に対する優れた装着性を実現することができる。

また、前記課題達成のために、本発明は、生体に装着され、前記生体の状態を検出する生体センサと、前記生体センサが検出した前記生体の状態を表す生体情報を変調した送信信号を前記生体に印加し、前記生体周辺に電磁界を誘起させる、前記生体に装着される送信手段と、前記送信手段が装着された生体と同じ生体に装着される中継装置と、生体情報処理手段とを備えた生体情報処理システムを提供する。ここで、前記中継装置は、前記生体が誘起している電界強度または電磁界強度を検出し、検出した電界強度または電磁界強度から前記生体情報を復調する受信手段と、前記受信手段が復調した生体情報を無線通信を介して送信する転送手段とを備えるものであり、前記生体情報処理手段は、前記中継装置の転送手段が送信した生体情報を無線通信を介して受信し処理するものである。

このような生体情報処理システムによれば、人体にとって負担となる有線接続を排しつつ、生体センサの人体に対する優れた装着性を提供することができる。また、さらに、生体情報処理システムを、リモートで生体情報を管理することのできるシステムとして構成することができる。

なお、以上の各生体情報処理システムにおいて、前記生体は人体であってよい。
また、前記生体センサとしては、心拍/脈拍センサや涙センサや心電センサや筋電センサや体脂肪率センサや骨密度センサや血圧センサや、その他の生体情報を検出するセンサを用いることができる。

以上のように、本発明によれば、生体に対する拘束性を軽減した生体情報処理システムを提供することができる。

以下、本発明の生体情報処理システムの実施形態について人体への適用を例にとり説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る生体情報処理システムの機能構成を示す。
図示するように、生体情報処理システムは、人体４を介して通信を行う送信機１と受信機２と、人体４に装着され、人体４の生体情報を検出し前記送信機１に出力する生体センサ３を含んで構成される。
次に、送信機１は、生体センサ３の出力より受信機２に送信する情報である通信情報を生成する送信側データ処理部１１、通信情報を変調し送信信号として出力する変調器１２、送信信号を人体４に印加する送信電極１３とを有する。
そして、受信機２は、人体４が誘起した電界強度を検出し受信信号として出力する信号受信部２１、受信信号から通信情報を復調する復調器２２、復調された通信情報を処理する受信側データ処理部２３とを有する。また、受信機２の信号受信部２１は、受信電極２１１と, 受信電極２１１に作用した電界の強度を検出する電界センサ２１２とを含む。

ここで、図１ｂに、生体センサ３が心拍センサである場合の例をとり、生体センサ３と送信機１の外観を示す。
図示するように、生体センサ３は、指キャップ３１と、指キャップ３１に固定された指キャップ３１の内側に向けて検査光を照射するＬＥＤ３２と、指キャップ３１に固定された指キャップ３１の内側から来る反射光強度を検出するフォトダイオード３３とを有する。また、生体センサ３と送信機１は有線接続されており、この有線接続を介して、送信機１にフォトダイオード３３で検出した反射光強度を表す信号を送信すると共に、送信機１より心拍センサの動作電源の提供を受ける。

そして、図１ｃに示すように、人体４の指に、この指キャップ３１をかぶせることにより、生体センサ３が人体４に装着される。
次に、送信機１は、送信側データ処理部１１と変調器１２と送信電極１３を収容した送信機本体部１０１と、送信機本体部１０１を図１ｃに示すように、人体４の生体センサ３と同じ側の腕に装着するためのバンド１０２を有している
そして、送信電極１３は、図１ｄの送信機本体部１０１の断面図に示すように、送信機本体部１０１を人体４の腕に装着したときに人体４の腕に近接するように、本体部裏面側に非導電性のカバー１０３で覆われた形態で設けられている。そして、このような構造によって、送信機本体部１０１を人体４の腕に装着したとき、送信電極１３と人体４とが容量結合するようになっている。

次に、図１ｅに、受信機２の外観を示す。
図示するように、受信機２は、受信電極２１１を収容したパネル部２０１と、電界センサ２１２と復調器２２と受信側データ処理部２３を収容した受信機本体部２０２とを有する。そして、受信電極２１１は、図１ｆのパネル部２０１の上面図と図１ｇのパネル部２０１の断面図に示すように、人体４の手をかざして、その上に近接することができるように、パネル部２０１の表側に非導電性のカバー２０３で覆われた形態で設けられている。そして、このような構造によって、人体４の手がパネル部２０１上にかざされたときに、受信電極２１１に人体周りの電界が作用するようになっている。

以下、このような生体情報システムの動作について、生体センサ３が図１ｂに示した心拍センサある場合を例にとり説明する。
生体センサ３のＬＥＤ３２は検査光を人体４の指に照射し、生体センサ３のフォトダイオード３３は人体４の指による検査光の反射光強度を検出し、送信機に送信する。
送信側データ処理部１１は、生体センサ３のフォトダイオード３３の出力信号を増幅し通信情報とする。この通信情報は、変調器１２によってたとえば振幅２Ｖ、１ＭＨｚの搬送波でAM変調され送信信号として送信電極１３に出力される。そして、送信信号は、送信電極１３から容量結合を介して人体４に印加される。これにより、人体４はアンテナとして機能し、送信信号に応じた強さの静電磁界または誘導電磁界を人体周りに誘起する。

一方、受信機２において、人体４の手がパネル部２０１にかざされると、人体周りの電界が、パネル部２０１の受信電極２１１から電界センサ２１２に結合され、電界センサ２１２において受信電極２１１に作用した電界強度が検出される。そして電界センサ２１２より、検出された電界強度を表す電圧信号が、受信信号として復調器２２に送られる。結果、受信信号として、人体周りの電界、したがって送信機１の送信信号に追従する信号が得られる。

復調器２２では、受け取った受信信号をＡＭ復調して通信情報を復調し、受信側データ処理部２３に引き渡す。また、受信側データ処理部２３は、渡された通信情報が表す生体センサ３のフォトダイオード３３の出力を解析して、心拍数や心拍波形を算出し、算出した心拍数や心拍波形を表示したり、記録する処理を行う。

なお、生体センサ３のフォトダイオード３３で検出する反射光強度は、血流中のヘモグロビン濃度で変化する。したがって、このフォトダイオード３３の出力を解析することにより、心拍数や心拍波形を算定することができる。
以上、本発明の第１実施形態に係る生体情報処理システムの動作について説明した。
ところで、以上の第１実施形態において、受信機２は、図２ａ、ｂに示すように構成してもよい。
すなわち、図２ａに示すように、図１ａに示した受信機２の受信電極２１１を廃すると共に、受信機２の形態を、図２ｂに示すように、電界強度または磁界強度または電磁界強度を検出する電磁界センサ２１３、復調器２２、受信側データ処理部２３を一つのケース４０１に収容した形態とする。そして、受信機２のケース４０１の上面直下に、電磁界センサ２１３を配置する。

このような受信機２によれば、人体４の手がケース４０１にかざされると、人体周りの電磁界が、ケース４０１の上面直下に配置された電磁界センサ２１３に作用し、電磁界センサ２１３で電圧信号に変換され、受信信号として復調器２２に送られる。結果、図１ａに示した受信機２と同様に、受信信号として、人体周りの電磁界、したがって、送信機１の送信信号に追従する信号が得られる。

ところで、以上では、送信電極１３から容量結合を介して人体４に送信信号を印加したが、これは、送信電極１３を直接人体に接触させて、送信電極１３から人体４に送信信号を印加するようにしてもよい。また、以上では、人体４の手を受信電極２１１や電磁界センサ２１３にかざさせることにより受信機２における受信を行うようにしたが、これは、人体４の手を受信電極２１１や電磁界センサ２１３に直接接触させることにより受信機２における受信を行うようにしてもよい。

以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
本第２実施形態は、前記第１実施形態の生体情報処理システムを応用した車載システムに関するものである。
さて、本第２実施形態では、図３ａに示すように、図１に示した受信機２の受信電極２１１を、自動車のハンドル内に設け、図１に示した受信機２の電界センサ２１２と復調器２２と受信側データ処理部２３を収容した受信機本体５０と接続する。そして、生体センサ３と送信機１を装着した人体４であるドライバがハンドルを握ったときに、受信機で生体情報を受信するようにしている。また、受信機本体５０に収容された受信機２の受信側データ処理部２３は取得した生体情報を、自動車のＥＣＵ５１とメディカルチェッカ５２に引き渡す。メディカルチェッカ５２は、受け取った生体情報を記憶したり、生体情報よりドライバの健康状態やその推移を判定して判定結果をドライバに提示する処理などを行う。一方、ＥＣＵ５１は、自動車の各機構の電子制御を行うユニットであり、生体情報より求まるドライバの状態に応じて警報出力や危険回避制御などを行う。すなわち、ＥＣＵ５１は、たとえば、生体センサ３として心拍センサを用いるような場合には、心拍数の急激な低下や睡眠中を表す心拍数の検出に応じて、警報出力や、自動車の自動停止制御などを行う。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本第３実施形態は、生体センサ３と送信機１を一体とし、受信機２を人体４によって携帯される又は人体４に装着される装置として構成したものである。
すなわち、たとえば、図３ｂに示すように、図１ｂに示した送信機１に１または複数の生体センサ３を内蔵する。また、図３ｃに示すように、受信機２をポケットに入れることができるサイズの装置として形成する。ここで、受信機２の構成として図１ａの構成を採用する場合の受信電極２１１、受信機２の構成として図２ａの構成を採用する場合の電磁界センサ２１３は、受信機２がポケットに入れられた状態にあるときや、受信機２が手持ちされた状態において人体４に近接するように、受信機２内に配置する。

そして、図３ｄに示すように、生体センサ３を内蔵した送信機１を腕に装着した状態で生体センサ３は生体情報を検出し、送信機１は生体センサ３が検出した生体情報を表す通信情報を変調した送信信号を容量結合を介して人体４に印加する。一方、人体４のポケットに入れられた受信機２は、人体４周りの電界を受信信号として検出して通信情報を復調し、復調した通信情報が表す生体情報を記録する。または、受信機２が人体４によって手持ちされた状態において、受信機２は、ユーザの操作などに応じて、人体周りの電界または磁界または電磁界の強度を受信信号として検出して通信情報を復調し、復調した通信情報が表す生体情報を表示する処理なども行う。

このように、生体センサ３と送信機１を一体として形成し、送信機１から、人体４に装着または携帯させる受信機２への生体情報の送信を人体４を伝送路して用いて行い、受信機２において生体情報の処理を行うことにより、生体情報処理システムを、有線接続の無いモバイルなシステムとして構成することができると共に、人体４に対する装着場所が限られる生体センサ３を、生体情報の処理を行うために比較的大型化しがちな受信機２と分離して設けることができるので、生体センサ３の人体４に対する優れた装着性を実現することができる。

すなわち、一例を挙げれば、生体センサ３として、涙センサを用いる場合において、図３ｅに示すように、この涙センサと共に送信機１を、目に装着されるコンタクトレンズ型の装置５５として一体化し、図５ｆに示すように、受信機２を、人体腕に装着する装置５５として形成し、涙センサで検出した涙の各種成分を受信機２で記録したり、表示したりすることができるようになる。

以上、本発明の第３の実施形態について説明した。
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。
図４ａに、本第４実施形態に係る生体情報処理システムの構成を示す。
図示するように、本第４実施形態において生体情報処理システムは、人体４を介して通信を行う送信機１と中継装置６１と、人体４に装着され、人体４の生体情報を検出し前記送信機１に出力する生体センサ３と、中継装置６１と無線通信を介して通信を行う生体情報処理装置６２とを含んで構成される。

ここで、生体センサ３と送信機１としては、先に第１実施形態または第３実施形態で示した生体センサ３と送信機１を用いることができる。
また、中継装置６１の構成は、図１ａ、図２ａで示した前記第１実施形態の受信装置２の構成とほぼ同様であるが、図４ａに示すように、前記第１実施形態の受信装置２における受信側データ処理部２３に代えて、データ中継処理部６１１と無線通信装置６１２を備えている点が異なる。なお、図４ａでは、代表例として図１ａの受信装置２における受信側データ処理部２３に代えて、データ中継処理部６１１と無線通信装置６１２を備えた場合を示している。以下では、中継装置６１の構成が、図１ａの受信装置２における受信側データ処理部２３に代えて、データ中継処理部６１１と無線通信装置６１２を備えた構成である場合、すなわち、中継装置６１が、受信電極２１１、電界センサ２１２、復調器２２、データ中継処理部６１１、無線通信装置６１２を備えている場合を例にとり説明する。

次に、生体情報処理装置６２は、無線通信を行う無線通信インタフェース６２１と生体データ処理部６２２を備えている。
ここで、中継装置６１と生体情報処理装置６２の間で行う無線通信としては、移動電話網を用いる無線通信や、無線ＬＡＮを利用した無線通信などを用いることができる。なお、中継装置６１と生体情報処理装置６２の間で移動電話網を用いた無線通信を行う場合には、中継装置６１は、携帯電話機（移動電話機）の機能を含めて構成するようにしてよい。

さて、図４ｂに示すように、本実施形態では、前記第３実施形態と同様に、送信機１に１または複数の生体センサ３を内蔵する。また、図４ｃに示すように、中継装置６１をポケットに入れることができるサイズの装置５５とする。
そして、図４ｄに示すように、生体センサ３を内蔵した送信機１を腕に装着した状態で生体センサ３は生体情報を検出し、送信機１は生体センサ３が検出した生体情報を表す通信情報を変調した送信信号を容量結合を介して人体４に印加する。一方、人体４のポケットに入れられた中継装置６１では、受信電極２１１や電界センサ２１２を用いて人体周りの電界を受信信号として検出して復調器２２で通信情報を復調する。データ中継処理部６１１は、復調された通信情報を無線通信を介して生体情報処理装置６２に送信する。生体情報処理装置６２では、無線通信インタフェース６２１において、通信情報を無線通信を介して受信する。そして、生体データ処理部６２２において、受信した通信情報が表す生体情報を記録したり、解析、表示などの各種処理を行う。

以上、本発明の第４の実施形態について説明した。
このように、生体センサ３と送信機１を一体として形成し、送信機１から、生体情報の処理を行う中継装置６１への生体情報の送信を人体４を伝送路として用いて行うと共に、中継装置６１から生体情報処理装置６２に無線通信を介して生体情報を転送して処理することにより、前記第３実施形態と同様に、人体４にとって負担となる有線接続を排しつつ生体センサ３の人体４に対する優れた装着性を提供することができる。また、さらに、生体情報処理システムを、リモートで生体情報を管理することのできるシステムとして構成することができる。

なお、以上の実施形態では、生体センサ３として心拍センサや涙センサを用いる場合について説明したが、以上の各実施形態において前記生体センサ３としては、脈拍センサや心電センサや筋電センサや体脂肪率センサや骨密度センサや血圧センサや、その他の生体情報を検出するセンサを用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る生体情報処理システムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る生体情報処理システムの他の構成例を示す図である。 本発明の第２、第３実施形態に係る生体情報処理システムの構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る生体情報処理システムの構成を示す図である。

符号の説明

１…送信機、２…受信機、３…生体センサ、４…人体、１１…送信側データ処理部、１２…変調器、１３…送信電極、２１…信号受信部、２２…復調器、２３…受信側データ処理部、３１…指キャップ、３２…ＬＥＤ、３３…フォトダイオード、５１…ＥＣＵ、５２…メディカルチェッカ、６１…中継装置、６２…生体情報処理装置、１０１…送信機本体部、１０２…バンド、２０１…パネル部、２０２…受信機本体部、２１１…受信電極、２１２…電界センサ、２１３…電磁界センサ、６１１…データ中継処理部、６１２…無線通信装置、６２１…無線通信インタフェース、６２２…生体データ処理部。

Claims (5)

1. 生体に装着され、前記生体の状態を検出する生体センサと、
   前記生体センサが検出した前記生体の状態を表す生体情報を変調した送信信号を前記生体に印加し、前記生体周辺に電磁界を誘起させる、前記生体に装着される送信手段と、
   前記生体が誘起している電界強度または電磁界強度を検出し、検出した電界強度または電磁界強度から前記生体情報を復調する受信手段と、
   前記受信手段が復調した生体情報を処理する生体情報処理手段とを有することを特徴とする生体情報処理システム。
   
2. 生体に装着され、前記生体の状態を検出する生体センサと、
   前記生体センサが検出した前記生体の状態を表す生体情報を変調した送信信号を前記生体に印加し、前記生体周辺に電磁界を誘起させる、前記生体に装着される送信手段と、
   前記送信手段が装着された生体と同じ生体に装着される生体情報処理装置とを有し、
   前記生体情報処理装置は、前記生体が誘起している電界強度または電磁界強度を検出する受信手段と、前記受信手段が復調した生体情報を処理する生体情報処理手段とを有することを特徴とする生体情報処理システム。
   
3. 生体に装着され、前記生体の状態を検出する生体センサと、
   前記生体センサが検出した前記生体の状態を表す生体情報を変調した送信信号を前記生体に印加し、前記生体周辺に電磁界を誘起させる、前記生体に装着される送信手段と、
   前記送信手段が装着された生体と同じ生体に装着される中継装置と、
   生体情報処理手段とを有し、
   前記中継装置は、前記生体が誘起している電界強度または電磁界強度を検出し、検出した電界強度または電磁界強度から前記生体情報を復調する受信手段と、前記受信手段が復調した生体情報を無線通信を介して送信する転送手段とを有し、
   前記生体情報処理手段は、前記中継装置の転送手段が送信した生体情報を無線通信を介して受信し処理することを特徴とする生体情報処理システム。
   
4. 請求項１記載の生体情報処理システムであって、
   前記受信手段は、自動車のハンドルに設けられた受信電極と、当該受信電極に作用した電界強度または電磁界強度を検出する検出手段とを有することを特徴とする生体情報処理システム。
   
5. 請求項１、２、３または４記載の生体情報処理システムであって、
   前記生体は人体であることを特徴とする生体情報処理システム。