JP2007195813A - 生体電気情報計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極と皮膚の接触状態を監視して、複数の電極の中から接触状態に問題のある電極を個別に特定することができる生体電気情報計測装置を提供する。
【解決手段】複数の前記生体電極について、複数の前記生体電極のうちの２つの電極からなる電極対を複数抽出し、各電極対毎に、２電極間の電気インピーダンス値または各電極間の抵抗値の少なくともいずれか一方を計測し、前記抵抗計測手段において計測された、前記インピーダンス値または前記抵抗値と予め設定された数値範囲とを比較することで、各電極対の貼付状態をそれぞれ判定し、前記貼付状態判定手段において判定された各電極対それぞれの貼付状態に基づき、複数の電極対の中から貼付状態異常が発生している電極を特定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人体に複数個の電極を貼り付けて、例えば筋電や心電などの人体の生体電気情報を測定する生体電気情報計測装置に関し、人体に貼り付けた複数の電極の中から貼付状態に問題のある電極を特定することのできる生体電気情報計測装置を提供する。

心電計測・筋電計測などの生体電気情報の計測には、一般に生体用電極と生体アンプとが用いられる。生体用電極は粘着テープなどで皮膚に固定されており、心臓の鼓動や人体の動作に起因した皮膚表面の微弱な電位変化を検出し、この変化を測定している。一般的に、電極より導出された微弱な電位変化（数μ〜数ｍＶ）は、バイオアンプで数１００〜数１０００倍に増幅され、一般的な電子機器で取り扱いできる信号とされる。

生体用電極と皮膚との間には電気インピーダンスが存在する。この電気インピーダンスの値は、電極の貼り付け状態（皮膚と電極との接触状態）に基づいて変化する。生体電気情報の計測において、このインピーダンスの変動が大きいと、このインピーダンスの変動に由来するノイズ成分（電位変化）が大きくなり、十分な計測精度（Ｓ／Ｎ比）が得られない。すなわち、電極の貼付状態（皮膚と電極との接触状態）が一定でない場合（貼付状態異常が発生している場合）、生体電気情報は十分な計測精度（Ｓ／Ｎ比）が得られない。また、電極が剥がれてしまうと、計測は当然不可能となる。

下記特許文献１には、心電を自ら測定することが可能な携帯型心電計が開示されている。下記特許文献１の携帯型心電計は、被測定者がこの携帯型心電計を把持した際に、把持した被測定者の手と接触する位置に配置された第２の測定電極を有し、この第２の測定電極が設けられた本体部に第１の測定電極が配置されている。この第1の測定電極は把手となる本体部から所定距離だけ突出しており、測定者は本体部を握りながら第1の測定電極を胸部に押し当てるようなっている。下記特許文献１の携帯型心電計では、被測定者自身が本体部を把持して（手が第2の電極に接触した状態で）、この第１の測定電極を胸部に押し当て、第1の電極と第2の電極の電位を計測している。下記特許文献１の携帯型心電計は、両電極間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路を備えている。そして、両電極が被測定者の皮膚に完全に接触しておらず、不適正なインピーダンスの場合には、ＬＥＤが警告動作を行い、またブザーにより警告音を発して被測定者に電極接触状態異常が発生したことを告知している。すなわち、両電極の接触状態の不良に起因するインピーダンスの不適正を検出することができ、このインピーダンスの不適正（電極接触状態異常）を検出した場合に、計測動作が不良であったと判断して警告を発している。
特開２００２−１２５９４８号公報

上記特許文献１記載の携帯型心電計は、本体を手で把持して、第１の電極を胸部に押し付けた状態で生体電気情報を計測する必要がある。上記特許文献１記載の携帯型心電計では、人体が動作するような状態においては、電極と皮膚との接触状態を一定に保つことがそもそも困難である。このような携帯型心電計は、心電などの計測に用いることはできるが、スポーツにおける筋電の変化など、人体が動く状態での生体電気情報を計測することはできない。

また、上記特許文献１記載の携帯型心電計では、1対の（２つの）電極のみを有し、この1対の（２つの）電極間のインピーダンスが適切でない場合に計測不良を警告するのみである。特許文献１の携帯型心電計では、この２つの電極のいずれが接触不良状態にあるかを知ることもできない。このため、インピーダンスの不適正が検出された場合も、心電計本体の把持の仕方に問題があるのか（すなわち、第2の測定電極と手との接触状態に問題があるのか）、心電計の押し付け方に問題があるのか（すなわち、第1の測定電極と胸部との接触状態に問題があるのか）、いずれに問題があるのか被験者が知ることができない。上記特許文献１記載の携帯型心電計では、どの電極の接触状態を変更すれば適切なインピーダンス状態が得られるか、被験者が具体的に把握することができない。このため、不良の発生から再計測まで長時間を要するとともに、再計測時にインピーダンス不良が解消されている確率も比較的低いものであった。

特に、車の運転やスポーツ動作における人体の動きを詳細に把握するための筋電計測などでは、一般的には複数の筋肉について筋電を計測する必要がある。このため、大きくかつ頻繁に動く複数の筋肉部分それぞれ皮膚表面に、それぞれ1対の電極（２つ、または２つ以上の電極）を貼り付ける必要がある。筋電計測では、筋肉の動作に伴って、電極が貼り付けられた部分の皮膚も当然動く。このため、複数の電極のうち少なくとも１つに貼付状態異常が発生したり、複数の電極のうち少なくとも１つが完全に剥がれてしまうことも多い。複数の電極のうち貼付状態異常が発生している電極が１つでもあれば、計測不良が生じて十分な計測結果を得ることはできない。また、このような計測不良が生じた場合は、なるべく迅速に計測を再開することが要求され、複数の電極の中から接触不良状態にある電極を迅速に見つけて、正常な状態となるように再度貼り付け直す必要がある。特許文献１記載の携帯型心電計は、そもそも人体の１箇所に第1の電極を押し当てて計測するものであり、人体が動作している最中における複数の筋肉の生体電気信号それぞれを計測することもできない。このような特許文献１記載の携帯型心電計が備える上記接触不良状態の検出手段を用いて、複数の電極の中から接触不良状態にある電極を迅速に見つけることもできない。

なお、筋電計測では、十分な計測精度を保つために、１つの筋肉部分に貼り付けられる２つの電極（一対の電極）それぞれの中心間の距離は、例えば２０ｍｍ未満と比較的小さくなっている。このため、大きな動作を行なった際に、貼り付けた電極の位置がずれて電極同士が接触・短絡してしまうこともあった。上記特許文献１ではインピーダンスが高くなった場合のみを問題にしており、電極の短絡について検知することはできなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、電極と皮膚の接触状態を監視して、複数の電極の中から接触状態に問題のある電極を個別に特定することができ、また、計測感度低下の原因となる電極同士の短絡を検知することができ、また、作業中の被験者が第三者の手を借りずにトラブルを把握することができる生体電気情報計測装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、被験者の皮膚表面に貼り付けられて、前記被験者の生体活動に応じて発生する生体電気情報を検出する少なくとも３つ以上の生体電極と、検出された生体電気情報を取得する生体電気情報取得部とを備えた生体電気情報計測装置であって、さらに、複数の前記生体電極について、複数の前記生体電極のうちの２つの電極からなる電極対を複数抽出し、各電極対毎に、２電極間の電気インピーダンス値または各電極間の抵抗値の少なくともいずれか一方を計測する抵抗計測手段と、前記抵抗計測手段において計測された、前記インピーダンス値または前記抵抗値と予め設定された数値範囲とを比較することで、各電極対の貼付状態をそれぞれ判定する貼付状態判定手段と、前記貼付状態判定手段において判定された各電極対それぞれの貼付状態に基づき、複数の電極対の中から貼付状態異常が発生している電極を特定する異常電極特定手段と、を備えることを特徴とする生体電気情報計測装置を提供する。

本発明は、さらに、前記生体電気情報取得部で取得された前記生体電気情報を、予め定められた数値範囲と比較することで、複数の前記生体電極の少なくとも１つに貼付状態異常が発生しているか否かを判定する信号判定手段と、前記生体電気情報取得部、前記抵抗計測手段、前記貼付状態異常判定手段、前記異常電極特定手段、および前記信号判定手段それぞれの動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記信号判定部が、複数の前記生体電極の少なくとも１つに貼付状態異常が発生していると判定した場合、前記生体電気情報取得部による生体電気情報の取得を停止させて、前記生体電気情報の取得を停止させた状態で、前記抵抗計測手段に前記電気インピーダンス値または前記抵抗値の少なくともいずれか一方を計測させて、前記貼付状態異常判定手段に各電極対の貼付状態をそれぞれ判定させて、前記異常電極特定手段に貼付状態異常が発生している電極を特定させることが好ましい。

さらに、前記異常電極特定手段において特定された貼付状態異常が発生している電極について、この電極の位置を前記被験者に告知する告知手段を備えることが好ましい。

また、前記告知手段は、前記異常電極特定手段において特定された貼付状態異常が発生している電極に応じて定まる所定の電極に電圧を印加して、前記所定の電極から前記被験者に電気刺激を与えることで、貼付状態異常が発生している電極の位置を前記被験者に告知することが好ましい。

なお、前記電極には、音または光の少なくともいずれか一方を発する報知手段がそれぞれ設けられており、前記告知手段は、前記異常電極特定手段において特定された、貼付状態異常が発生している電極に設けられた前記報知手段を動作させることで、貼付状態異常が発生している電極の位置を前記被験者に告知することも、また好ましい。

本発明の生体電気情報計測装置によれば、複数の電極のうちの少なくともいずれか１つの電極に発生した電極貼付状態異常を迅速に検知して、かつ電極貼付状態異常が発生した電極を迅速に特定することができる。このため、電極剥がれや電極間の短絡などの電極貼付状態異常が頻繁に発生する状態での筋電測定において、電極貼付状態異常による測定不良を素早く検知して、迅速に正常な電極貼付状態とすることができる。このため電極貼付状態異常の発生から再測定の開始までにかかる時間を大幅に短縮することができる。本発明の生体電気情報計測装置によれば、少人数で、短時間に、正確な生体電気情報を取得することができる。

以下、本発明の生体電気情報計測装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の生体電気情報計測装置の一例である筋電計測装置１０（以降、装置１０とする）を用いて、車両を運転している最中の運転者１２の筋電情報を取得している状態を示す概略図である。図１では、装置１０を用いて、運転者１２の左右の三角筋の筋電位を時系列に検出している状態を示している。装置１０は、運転者１２が乗車して運転操作する、図示しない車両に設けられている。

装置１０は、運転者１２の左右の肩に取り付けられる検出電極対１３Ｌおよび検出電極対１３Ｒ、接地電極である電極Ｅ_３、計測ユニット１４、表示装置１６、を有している。検出電極対１３Ｌおよび検出電極対１３Ｒは、運転者１２の左右の三角筋にそれぞれ取り付けられている。検出電極対１３Ｌは電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌからなり、検出電極対１３Ｒは電極Ｅ_１Ｒおよび電極Ｅ_２Ｒからなる。接地電極である電極Ｅ_３は、運転者１２の耳たぶに取り付けられている。装置１０は、検出電極対１３Ｌの２つの電極（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）の電位を測定することで、運転者の左肩の三角筋の筋電位を計測する。そして、検出電極対１３Ｒの２つの電極（電極Ｅ_１Ｒおよび電極Ｅ_２Ｒ）の電位を測定することで、運転者の右肩の三角筋の筋電位を計測する。

装置１０は、加えて、検出電極対１３Ｌの２つの電極それぞれ（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）、検出電極対１３Ｒ（電極Ｅ_１Ｒおよび電極Ｅ_２Ｒ）の２つの電極それぞれ、および電極Ｅ_３のうち、任意の２電極間のインピーダンスまたは電気抵抗値を計測することで、各電極それぞれの接触状態が適切であるか否かを判定することができる。装置１０は、さらに、各電極のうち任意の２電極間に電圧を印加することで、運転者１２に電気刺激を与えることができる。この電気刺激は、運転者１２の運転操作に支障をきたさず、運転者１２がどの電極に電位が与えられたか気付く程度の電気刺激である。表示装置１６は、例えばディスプレイなど、左右の三角筋の筋電位の検出結果を出力する部位であり、車両を運転中の運転者１２が容易に視認することができる位置に取り付けられている。以下、装置１０の各部について詳述する。

検出電極対１３Ｌは、ドライバの左肩の三角筋の筋電位を検出するセンサであって、Ａｇ／ＡｇＣＬ皿型電極が対になって構成され、この一対の皿型電極（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）が所定の間隔、数ｍｍ、例えば５ｍｍ離間して三角筋の位置する左肩の表面に貼り付けられる。検出電極対１３Ｒは、ドライバの右肩の三角筋の筋電位を検出するセンサであって、検出センサ２２と同様に、Ａｇ／ＡｇＣＬ皿型電極が対になって構成され、この一対の皿型電極（電極Ｅ_１Ｒおよび電極Ｅ_２Ｒ）が所定の間隔、数ｍｍ、例えば５ｍｍ離間して三角筋の位置する左肩の表面に貼り付けられる。

なお、検出電極対１３Ｌおよび１３Ｒの電極は、Ａｇ／ＡｇＣＬに限定されず、Ａｇやステンレス等の他の材料によって構成されたものであってもよい。ここで、ドライバの皮膚表面への貼り付けは、スクラブで擦り、アルコールで汚れをおとして電極糊を用いて行う。その際、電気抵抗は３０ｋΩ（５ｋΩが望ましい）以下にするまで汚れを落とす。二つの電極は測定する筋の筋腹に、筋繊維に対し平行に装着する。検出電極対１３Ｌおよび検出電極対１３Ｒは、計測ユニット１４の、後述するバイオアンプ３２（アンプ３２）に接続されている。

一方、電極Ｅ_３は、ドライバの電位を一定に保つために電気的に不活性な位置であるドライバの耳たぶに貼り付けられる接地電極であり、検出電極対１３Ｌおよび検出電極対１３Ｒによる測定を正確に行うために設けられる。電極Ｅ_３は、計測ユニット１４の、後述するバイオアンプ３２（アンプ３２）に接続されており、このアンプ３２を介してアースされる。

図２は、装置１０の計測ユニット１４について説明する概略構成図である。なお、図２では、２つの検出電極対１３Ｌおよび１３Ｒのうち、一方（検出電極対１３Ｌ）のみ示している。計測ユニット１４は、運転者１２の左右の三角筋それぞれの筋電位の情報を取得する筋電位測定部２０と、各電極のうち任意の２電極間のインピーダンスを計測して各電極それぞれの貼付状態が適切であるか否かを判定して、貼付状態異常が発生している電極を特定する判定部２２と、各電極のうち任意の２電極間に電圧を印加することで、運転者１２に電気刺激（運転者１２の運転操作に支障をきたさず、運転者１２がどの電極に電位が与えられたか気付く程度の電気刺激）を与える異常告知部２４と、筋電位測定部２０および判定部２２および異常告知部２４それぞれと接続されて、各部の動作を制御する制御部２６と、を有して構成されている。

計測ユニット１４の、筋電位測定部２０および判定部２２および異常告知部２４は、それぞれ、検出電極対１３Ｌの２つの電極（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）と、検出電極対１３Ｒの２つの電極（電極Ｅ_１Ｒおよび電極Ｅ_２Ｒ）と、接地電極である電極３と、それぞれ接続されている。計測ユニット１４の各部（筋電位測定部２０、判定部２２、異常告知部２４）は、検出電極対１３Ｌ（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）と電極３からなる第1の電極群、検出電極対１３Ｒ（電極Ｅ_１Ｒおよび電極Ｅ_２Ｒ）と電極３からなる第２の電極群それぞれについて、各電極群単位で処理を行う。以下、計測ユニット１４の各部について、２つの電極群のうち1つの電極群である、第1の電極群を参照して詳述する。計測ユニット１４の各部は、第２の電極群についても同様の処理を行う。

筋電位測定部２０は、検出電極対１３Ｌの２つの電極（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）の電位（三角筋の筋電位）を増幅するバイオアンプ３２（アンプ３２）と、増幅された三角筋の筋電位データを時系列に取得するデータ取得部３４と、データ取得部３４において取得された筋電位の時系列信号をモニタして、取得された時系列信号の品質を判定することで、電極剥がれや電極間の短絡などの電極貼付状態異常が発生しているか否かを判定する信号判定部３６とを有している。電極より導出された微弱な電位変化（数μ〜数ｍV）は、バイオアンプ３２で数１００〜数１０００倍に増幅され、一般的な電子機器で取り扱いできる信号となる。

第1の電極群の検出電極対１３Ｌ（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）は、運転者１２が車両を運転している最中、小刻みに動く左右の肩の皮膚表面に取り付けられている。車両の運転中は、左右の肩が動くとともに皮膚表面も伸縮するため、電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌは皮膚から剥がれ易くなっている。また、上述のように、電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌそれぞれの間隔は、５ｍｍと狭い。このため、肩が動くことで、電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌが接触して電極間が短絡してしまう可能性も比較的高い。さらに、各電極は、上述のように、導電性の電極糊を用いて皮膚に貼り付けられている。電極Ｅ_１Ｌと電極Ｅ_２Ｌとの間隔は元々狭く、電極糊がはみ出したり皮膚表面の電極周囲に流れ出ることでも、電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌは短絡する。このような、電極剥がれや電極間の短絡が発生すると、筋電位の時系列信号に異常が発生して、正確な筋電位の情報を得ることはできない。

信号判定部３６は、データ取得部３４において時系列に取得された三角筋の筋電位データをリアルタイムにモニタしており、この三角筋の筋電位の時系列データに、異常が発生しているか否かを判定している。信号判定部３６は、三角筋の筋電位の時系列データに含まれるノイズの大きさが、予め定められた閾値よりも大きい場合、信号の品質が異常であって電極貼付状態異常が発生していると判定する。信号判定部３６は、筋電位の時系列データにおけるノイズの発生頻度が予め定められた閾値よりも大きい場合、または、筋電位信号のレベルが予め定められた閾値よりも小さい場合なども、電極貼付状態異常が発生していると判定する。

図３は、データ取得部３４において取得された三角筋の時系列筋電位データの一例であり、被験者に貼り付けられた検出電極のうちの一方が、一旦剥がれかかった後（矢印ａ）に、完全に剥離した（矢印ｂ）場合のデータである。図３を見ても分かるように、検出電極の一方が剥がれると同時に計測データは大きく乱れ、信号レベルは極端に上下動する。信号判定部３６は、例えば、筋電位信号のレベルの範囲（正常範囲）を予め設定しておき、筋電位信号のレベルがこの正常範囲から外れた場合、電極貼付状態異常が発生していると判定してもよい。

このような電極貼付状態異常が発生している状態で筋電位データを取得しても、正確な計測とはいえない。電極貼付状態異常が発生していると判定された場合は、電極貼付状態異常が発生している電極を迅速に特定し、この電極を正常な電極貼付状態とした後、筋電位計測を改めて実施することが望まれる。信号判定部３６において、電極貼付状態異常が発生していると判定された場合、制御部２６は、バイオアンプ３２への筋電の入力を遮断して、不正確な状態にある計測動作を一時中断する。

そして、制御部２６は、判定部２２に、第1電極群の３つの電極のうち、２つの電極の組み合わせについて各電極間のインピーダンスを計測させて、第1電極群の３つの電極（電極Ｅ_１Ｌ、電極Ｅ_２Ｌ、および電極Ｅ_３）について、それぞれの貼付状態が適切であるか否かを判定させる。

判定部２２は、インピーダンス測定部４２と、インピーダンス判定部４４と、異常電極特定部４６とを有している。インピーダンス測定部４２は、第1電極群の３つの電極のうち、２つの異なる電極からなる電極対の組み合わせを全て抽出し、各電極対について２電極間のインピーダンスを計測する。図４は、インピーダンス測定部４２においてインピーダンスを測定する、各電極間の組み合わせについて説明する概略図である。第1の電極群の場合、図４（ａ）に示す電極Ｅ_１Ｌ−電極Ｅ_２Ｌ間のインピーダンス、図４（ｂ）に示す電極Ｅ_１Ｌ−電極Ｅ_３間のインピーダンス、および図４（ｃ）に示す電極Ｅ_２Ｌ−電極Ｅ_３間のインピーダンス、をそれぞれ計測する。インピーダンス測定部４２は、インピーダンスを測定する1対の電極（２つの電極）に交流電圧を印加して、この２つの電極間のインピーダンスを測定する公知のインピーダンス測定手段である。なお、本発明の生体電気情報計測装置では、判定部２２は、各電極それぞれの貼付状態が適切であるか否かを判定するために、各電極のうち任意の２電極間のインピーダンスを計測することに限定されない。判定部２２は、各電極それぞれの貼付状態が適切であるか否かを判定するために、各電極のうち任意の２電極間の電気抵抗を計測してもよい。この場合、電気抵抗を測定する1対の電極（２つの電極）に直流電圧を印加して、この２つの電極間の電気抵抗を測定すればよい。

インピーダンス判定部４４には、各電極全てが正常な貼付状態で貼付られている場合に測定されるであろう、各対の電極間それぞれのインピーダンスの数値範囲（正常範囲）が、各対毎に予め設定されている。インピーダンス判定部４４は、インピーダンス測定部４２において測定された、各電極対毎のインピーダンスそれぞれと、各対毎に予め設定された数値範囲とを比較して、各対の電極間それぞれのインピーダンスが、この数値範囲内であるか否かを判定する。例えば、２つの電極のうち、少なくともいずれか１方の電極が皮膚から剥がれかかっている場合など、インピーダンスは正常範囲よりも大きくなる。そして、電極が皮膚から剥離した場合には、インピーダンスが極端に大きくなり、計測は不可能となる。また、皮膚表面に近接して貼り付けられた２つの検出電極が接触して電極間が短絡してしまった場合、インピーダンスは極端に小さくなる。

異常電極特定部４６は、インピーダンス判定部４４における各電極対毎の判定結果を受け取り、複数の対の判定結果から、貼付状態異常が発生している電極を特定するとともに、この電極がどういった貼付状態にあるかを特定する。異常電極特定部４６は、インピーダンス判定部４４における各電極対毎の判定結果と、予め記憶されている例えば下記表１に示す参照表とを比較して、貼付状態異常が発生している電極を特定するとともに、この電極がどういった貼付状態にあるかを特定する。

信号判定部３６において、三角筋の筋電位の時系列データに異常が発生していると判定された状態では、第１電極群の各電極の貼付状態の組み合わせとしては、上記表１に示すような５つのケースが考えられる。表１では、インピーダンスが正常である場合を、丸印で示している。すなわち、第1の電極群の各電極（電極Ｅ_１Ｌ、電極Ｅ_２Ｌ、電極Ｅ_３）全てが正常に貼り付けられているケース（ケース１）、第1の電極群の各電極のうち、いずれか１つが剥がれているケース（ケース２〜ケース４）それぞれ、検出電極対１３Ｌの電極Ｅ_１Ｌと電極極Ｅ_２Ｌとが接触・短絡しているケース（ケース５）である。異常電極特定部４６は、第1の電極群の各電極の貼付状態について、予め記憶されている上記表１のような対応情報を参照して、これら５つのケースのうちいずれか１つを特定する。なお、各電極の貼付状態がケース１であると判定された場合、計測信号の異常は、他の要因に基づくものだと判断することができる。この場合、後述する、異常告知部２４の異常告知部２４による電圧印加は行なわれない。

なお、筋電計測では、例えば３つの電極からなる第１の電極群のうち、２つの電極が剥がれる場合も当然考えられる。しかし、本実施形態では、信号判定部３６が、筋電計測データの品質を逐次モニタしている。このため、２つめの電極の貼付状態が異常となる以前に、すなわち、３つの電極のうちいずれか１つの電極で電極貼付状態異常が生じた時点で、異常が発生した電極を、上記表１を用いて正確かつ迅速に特定することができる。

異常電極特定部４６によって、貼付状態異常が発生している電極が特定されると、異常告知部２４の電気刺激発生部５２は、特定された貼付異常発生電極に応じた所定の電極に所定電圧を印加する。これにより、上記表１に示されるような、運転者１２の身体の所定部分（貼付状態異常が発生していると特定された電極に応じた部分）に電気刺激が与えられる。運転者１２は、この電気刺激を受けた部分に基づき、自らの身体に貼り付けられた複数の電極のうち、いずれの電極に貼付状態異常が発生しているかを認識することができる。例えば、上記ケース４の場合、電極Ｅ_２Ｌが貼り付けられている部分と、電極Ｅ_３が貼り付けられている部分（耳たぶ）とに低周波電圧が印加され、運転者１２はこれらの部分に刺激を感じる。これにより、運転者１２は、刺激を受けた部分の電極は貼り付けられている状態であり、刺激を受けなかった電極Ｅ_１Ｌにおいて電極貼付状態異常が発生していると知ることができる。本発明の生体電気情報計測装置によれば、電極貼付状態異常が発生した場合にも、どの電極において電極貼付状態異常が発生したか、運転者１２自身が迅速に知ることができる。

なお、本発明の生体電気情報計測装置は、どの電極において電極貼付状態異常が発生したかを、運転者などの被験者に知らせるために、運転者１２の身体に電気刺激を与える構成とすることに限定されない。例えば、各電極それぞれに、ブザーや発光手段（ＬＥＤなど）などの報知手段６２（図２参照）を設け、電極貼付状態異常が発生した電極についてのみ、この電極に設けられた報知手段を動作させる構成としてもよい。こうすれば、運転者１２は、動作した報知手段が設けられた電極において電極貼付状態異常が発生したことを、迅速に知ることができる。この場合、例えば、各電極とバイオアンプ、および各電極とインピーダンス測定部とを接続する信号線とは異なる電源線によって、各電極に設けられた報知手段と計測ユニットの異常告知部２４とを接続しておけばよい。そして、異常電極特定部４６によって特定された貼付状態異常が発生している電極についてのみ、この電極に設けられた報知手段に対して異常告知部から動作電圧が印加されればよい。

なお、データ取得部３４が取得した筋電位の時系列信号、信号判定部３６における判定結果、および、判定部２２の各部における結果などは、ディスプレイである表示装置１６の画面に表示されて、運転者１２が逐一確認できるようになっている。

以上、本発明の生体電気情報計測装置の一例である筋電計測装置１０について説明した。本発明の生体電気情報計測装置の利用形態としては、運転者の三角筋の筋電位データの計測に限定されない。本発明の生体電気情報計測装置の利用形態としては、被験者の身体に貼り付けられた電極のうち、いずれか１つの貼付状態が不良になった時点で、複数の電極のなかから貼付状態不良となった電極を特定することができる。本発明の生体電気情報計測装置は、スポーツ動作における人体の動きを詳細に把握するための筋電計測など、多数、例えば数十個の電極を被験者の身体に貼り付けて筋電を計測する筋電計測に好適に用いられる。

図５は、装置１０の動作を示すフローチャート図であり、車両を運転している最中の運転者１２の筋電計測の開始から、貼付異常発生電極を特定するまでを示す。以下、図２で示す第1の電極群における筋電計測および、貼付状態異常発生電極の特定処理について詳述する。以下、２つの電極群のうち1つの電極群である、第1の電極群に関する処理動作について詳述する。装置１０は、第２の電極群についても同様の処理を行う。

運転者１２の筋電計測が開始されると、筋電位測定部２０が運転者１２の筋電位データの計測を開始する（ステップＳ１０２）。筋電位の計測は、検出電極対１３Ｌの２つの電極（電極Ｅ_１Ｌおよび電極Ｅ_２Ｌ）の電位（三角筋の筋電位）が、バイオアンプ３２（アンプ３２）で増幅されて、データ取得部３４において、増幅された三角筋の筋電位データが時系列に取得されることでなされる。筋電計測の最中、データ取得部３４は、取得された筋電位の時系列信号をモニタして、取得された時系列信号の品質を判定し、電極剥がれや電極間の短絡などの電極貼付状態異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。信号判定部３６は、データ取得部３４において時系列に取得された三角筋の筋電位データをリアルタイムにモニタし、計測信号に異常がないか否かを逐次判定している。

ステップＳ１０６において、電極貼付状態異常が発生していると判定された場合、制御部２６は、バイオアンプ３２をＯＦＦにしてバイオアンプ３２への筋電の入力を遮断して、筋電の計測を一時中断する（ステップＳ１０６）。そして、制御部２６は、判定部２２に、第1電極群の３つの電極のうち、２つの電極の組み合わせについて各電極間のインピーダンスを測定させて（ステップＳ１０８）、第1電極群の３つの電極（電極Ｅ_１Ｌ、電極Ｅ_２Ｌ、および電極Ｅ_３）について、それぞれの接触状態が適切であるか否かを判定させる（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１０８では、インピーダンス測定部４２が、第1電極群の３つの電極のうち、２つの異なる電極からなる電極対の組み合わせを全て抽出し、各電極対について２電極間のインピーダンスを測定する。そして、ステップＳ１１０では、インピーダンス判定部４４が、ステップＳ１０８において測定された、各対毎の電極間のインピーダンスそれぞれと、各対毎に予め設定された数値範囲とを比較して、各対の電極間それぞれのインピーダンスが、この数値範囲内であるか否かを判定する。

そして、異常電極特定部４６が、インピーダンス判定部４４における各対毎の判定結果を受け取り、複数の対の判定結果から、貼付状態異常が発生している電極を特定するとともに、この電極がどういった貼付状態にあるかを特定する（ステップＳ１１２）。

ステップＳ１１２において、貼付状態異常が発生している電極が特定されると、制御部２６が、特定された貼付異常発生電極に応じた電極に所定電圧を印加して、運転者１２の身体の所定部分（貼付状態異常が発生していると特定された電極に応じた部分）に電気刺激を与える（ステップＳ１１４）。運転者１２は、この電気刺激を受けた部分に基づき、自らの身体に貼り付けられた複数の電極のうち、いずれの電極に貼付状態異常が発生しているかを認識することができる。本発明の生体電気情報計測装置を用いることで、筋電や心電などの生体電気情報の計測中に、運転者１２などの被験者自身が、電極の貼付状態異常の発生を知ることができる。さらに、複数の電極のうちの貼付状態異常が発生した電極を、迅速に知ることもできる。本発明の生体電気情報計測装置によれば、電極貼付状態異常の発生を迅速に検知して、かつ電極貼付状態異常が発生した電極を迅速に特定することができる。このため、電極剥がれや電極間の短絡などの電極貼付状態異常が頻繁に発生する状態での筋電測定において、電極貼付状態異常による測定不良を素早く検知して、迅速に正常な電極貼付状態とすることができる。このため電極貼付状態異常の発生から再測定の開始までにかかる時間を大幅に短縮することができる。本発明の生体電気情報計測装置によれば、少人数で、短時間に、正確な生体電気情報を取得することができる。

以上、本発明の生体電気情報計測装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の生体電気情報計測装置の一例である筋電計測装置を用いて、車両を運転している最中の運転者の筋電情報を取得している状態を示す概略図である。 図１に示す筋電計測装置の計測ユニットについて説明する概略構成図である。 図１に示す筋電計測装置のデータ取得部において取得された三角筋の時系列筋電位データの一例である。 図１に示す筋電計測装置のインピーダンス測定部においてインピーダンスを測定する、各電極間の組み合わせについて説明する概略図である。 図１に示す筋電計測装置の動作を示すフローチャート図であり、車両を運転している最中の運転者の筋電計測の開始から、貼付異常発生電極を特定するまでを示している。

符号の説明

１０ 筋電計測装置１０
１２ 運転者
１３Ｌ、１３Ｒ 検出電極対
Ｅ_１Ｌ、Ｅ_２Ｌ、Ｅ_１Ｒ、Ｅ_２Ｒ、Ｅ_３ 電極
１４ 計測ユニット
１６ 表示装置
２０ 筋電位測定部
２２ 貼付状態判定部
２４ 異常告知部
２６ 制御部
３２ バイオアンプ
３４ データ取得部
３６ 信号判定部
４２ インピーダンス測定部
４４ インピーダンス判定部
４６ 異常電極特定部
６２ 報知手段

Claims (5)

1. 被験者の皮膚表面に貼り付けられて、前記被験者の生体活動に応じて発生する生体電気情報を検出する少なくとも３つ以上の生体電極と、検出された生体電気情報を取得する生体電気情報取得部とを備えた生体電気情報計測装置であって、
   さらに、複数の前記生体電極について、複数の前記生体電極のうちの２つの電極からなる電極対を複数抽出し、各電極対毎に、２電極間の電気インピーダンス値または各電極間の抵抗値の少なくともいずれか一方を計測する抵抗計測手段と、
   前記抵抗計測手段において計測された前記インピーダンス値または前記抵抗値と、予め設定された数値範囲とを比較することで、各電極対の貼付状態をそれぞれ判定する貼付状態判定手段と、
   前記貼付状態判定手段において判定された各電極対それぞれの貼付状態に基づき、複数の電極対の中から貼付状態異常が発生している電極を特定する異常電極特定手段と、を備えることを特徴とする生体電気情報計測装置。
2. さらに、前記生体電気情報取得部で取得された前記生体電気情報を、予め定められた数値範囲と比較することで、複数の前記生体電極の少なくとも１つに貼付状態異常が発生しているか否かを判定する信号判定手段と、
   前記生体電気情報取得部、前記抵抗計測手段、前記貼付状態異常判定手段、前記異常電極特定手段、および前記信号判定手段それぞれの動作を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記信号判定部が、複数の前記生体電極の少なくとも１つに貼付状態異常が発生していると判定した場合、前記生体電気情報取得部による生体電気情報の取得を停止させて、
   前記生体電気情報の取得を停止させた状態で、前記抵抗計測手段に前記電気インピーダンス値または前記抵抗値の少なくともいずれか一方を計測させて、前記貼付状態異常判定手段に各電極対の貼付状態をそれぞれ判定させて、前記異常電極特定手段に貼付状態異常が発生している電極を特定させることを特徴とする請求項１記載の生体電気情報計測装置。
3. さらに、前記異常電極特定手段において特定された貼付状態異常が発生している電極について、この電極の位置を前記被験者に告知する告知手段を備えることを特徴とする、請求項１または２記載の生体電気情報計測装置。
4. 前記告知手段は、前記異常電極特定手段において特定された貼付状態異常が発生している電極に応じて定まる所定の電極に電圧を印加して、前記所定の電極から前記被験者に電気刺激を与えることで、貼付状態異常が発生している電極の位置を前記被験者に告知することを特徴とする請求項３記載の生体電気情報計測装置。
5. 前記電極には、音または光の少なくともいずれか一方を発する報知手段がそれぞれ設けられており、前記告知手段は、前記異常電極特定手段において特定された、貼付状態異常が発生している電極に設けられた前記報知手段を動作させることで、貼付状態異常が発生している電極の位置を前記被験者に告知することを特徴とする請求項３記載の生体電気情報計測装置。

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