JP2007319506A - 生体情報測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】生体センサの剥がれによって誤った測定結果を取得することのない生体情報測定システムを提供する。
【解決手段】生体センサの身体表面への密着度を検知する密着度検知手段を有し、密着度検知手段により検知された密着度に基づいて生体情報の測定処理を行う。密着度検知手段は通電電極の間に電圧を印加し、当該一対の通電電極の間に流れる電流を検知することにより密着度を検知する。または温度センサにより温度を検知することにより密着度を検知する。または湿度センサにより湿度を検知することにより密着度を検知する。
【選択図】図３

Description

本発明は、生体情報測定システムに関する。

被検者を検査するに際して、被検者に生体センサを貼着させ、生体情報を測定することが行われている。

例えば、特許文献１には、被検者の喉部に加速度センサを両面テープにより取り付け、生体情報として咳の測定を行うことが記載されている。

特許文献２には、心電電極を粘着層によって被検者の胸部へ貼着させ、生体情報として心電図の測定を行うことが記載されている。
特開平９−９８９６４号公報 特開平５−２９８５８９号公報

生体センサを貼着して長時間にわたって生体信号をモニタする場合、被検者の発汗や体のひねり等により、生体センサが身体に対して部分的に剥がれてしまうと、信頼性のある出力が得られなくなってしまう。例えば、睡眠中の咳を加速度センサによりモニタするような場合、加速度センサが身体に対して部分的に剥がれてしまうと、センサが浮いた状態と再貼着を繰り返すようになり、これがノイズとなって出力に重畳してしまう。

このようにして得られた生体信号を基に生体情報の測定を行うと、誤った測定結果を取得してしまう可能性がある。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、生体センサの剥がれによって誤った測定結果を取得することのない生体情報測定システムを提供することを目的としている。

本発明の生体情報測定システムは、被検者の身体表面に密着する密着面が設けられた生体信号を出力する生体センサと、生体センサにより出力された生体信号に基づいて生体情報を測定する生体情報測定部と、を有する生体情報測定システムにおいて、前記生体センサの被検者の身体表面への密着度を検知する密着度検知手段を有し、前記生体情報測定部は、密着度検知手段により検知された密着度に基づいて測定処理を行うことを特徴としている。

本発明によれば、被検者に密着された生体センサの密着度を検出し、検出された密着度に基づいて生体情報の測定処理を行うようにしたので、生体センサの剥がれによって誤った測定結果を取得してしまうことが抑制される。

（システム構成）
図１は、本実施形態に係る生体情報測定システムのシステム構成図である。生体情報測定システムは、被検者Ｐに取り付けられる生体センサ１及び生体センサ１からの生体信号を処理するＰＣ（パーソナルコンピュータ）２から構成されている。生体センサ１とＰＣ２とは、通信媒体Ｌを介して接続されている。この通信媒体Ｌは、有線であっても無線であっても構わない。

例えば、生体センサ１として加速度センサを用い、加速度センサを被検者Ｐの横隔膜下に貼着し、加速度センサからの出力信号をＰＣ２で処理して咳を測定することで、咳測定のシステムが構成される。もちろん、加速度センサを用いて咳測定を行う場合に限られたものではなく、被検者に生体センサを貼着して当該生体センサからの生体信号に基づいて生体情報を測定するものであれば適用可能である。

（生体センサの構成）
図２は、本実施形態に係る生体センサ１の構成図である。図２（ａ）は、被検者Ｐに生体センサ１を貼着させた状態における生体センサ１の断面図を模式的に示している。図２（ｂ）は、生体センサ１の底面図を模式的に示している。

生体センサ１は、底面に一対の通電用電極１１が設けられるとともに、底面の通電用電極１１以外の部分には貼着部１２が設けられている。貼着部１２は、粘着テープ等で構成されている。貼着部１２により生体センサ１を被検者Ｐに貼着させることで、一対の通電用電極１１が被検者Ｐに対し密着する。図２（ｂ）で示す貼着部１２及び通電用電極１１で形成される面を貼着面（密着面）と称する。

一対の通電用電極１１が被検者Ｐに対し密着した状態で一対の通電用電極１１間に電圧を印加することで、被検者Ｐを介して一対の通電用電極１１間に電流が流れる。当該電流の電流値を測定（又は、当該電流値に基づく一対の通電用電極１１間の抵抗値を測定）することで、生体センサ１の被検者Ｐに対する密着度を算出することができる。密着度が高いほど、通電用電極１１の面積に対して被検者Ｐの接触する部分の面積の割合が高くなり、一対の通電用電極１１間に電流が流れやすくなるからである。

（制御構成）
図３は、本実施形態に係る生体情報測定システムの制御構成図である。

生体センサ１は、生体情報を検知して生体信号を出力する生体情報検知部１３、上述の通電用電極１１、生体情報検知部１３及び通電用電極１１に電圧を供給するための電池等の電源１４、一対の通電用電極１１間に流れる電流値を検知する電流検知部１５、等から構成されている。生体情報検知部１３及び電流検知部１５の出力信号は、通信媒体Ｌを介してＰＣ２に送信される。また、電源１４の出力を制御するための電源制御信号が、通信媒体Ｌを介してＰＣ２から入力される。

ＰＣ２は、生体情報測定部として機能し、生体センサ１の生体情報検知部１３及び電流検知部１５の出力信号を受信するとともに生体センサ１の電源１４の出力を制御するための電源制御信号を送信するＩ／Ｆ２１、Ｉ／Ｆ２１で受信された生体情報検知部１３及び電流検知部１５の出力信号をプログラムに従って処理するＣＰＵ２２、ＣＰＵ２２で実行される各種プログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ２３、プログラムやデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ２４、生体情報検知部１３の出力信号及び測定結果等を保存するＨＤＤ（ハードディスク）２５、被検者のデータ等を入力する操作部２６、測定結果等を表示する表示部２７、等から構成されている。

（制御フロー）
図４は、本実施形態に係る生体情報測定システムの制御フロー図である。この制御フローは、ＲＯＭ２３に記憶されているプログラムに基づいて、ＣＰＵ２２により実行されるフローである。

まず、ＣＰＵ２２は、操作部２６により測定開始が指示されたか否かを判断する（ステップＳ１）。測定開始が指示されたと判断すると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２２は、生体センサ１の電源１４をオンする（ステップＳ２）。測定開始が指示されていないと判断すると（ステップＳ１；Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り測定開始が指示されるまで待機する。

次に、ＣＰＵ２２は、電流検知部１５の電流値がＲＯＭ２３に記憶されている所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。密着度検知手段として機能する。

電流検知部１５の電流値が所定値以上と判断すると（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２２は、生体情報検知部１３からの出力信号のＨＤＤ２５への保存を開始させる（ステップＳ４）。ＨＤＤ２５は、生体信号保存部として機能する。

電流検知部１５の電流値が所定値以上でないと判断すると（ステップＳ３；Ｎｏ）、ＣＰＵ２２は、エラーメッセージを表示部２７に出力し（ステップＳ５）、ステップＳ７に進む。

次に、ステップＳ６において、ＣＰＵ２２は、操作部２６により測定終了が指示されたか否かを判断する。測定終了が指示されたと判断すると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２２は、生体情報検知部１３からの出力信号のＨＤＤ２５への保存を終了させ（ステップＳ７）、生体センサ１の電源１４をオフし（ステップＳ８）、フローを終了する。測定終了が指示されていない判断すると（ステップＳ６；Ｎｏ）、ＣＰＵ２２は、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ４においてＨＤＤ２５に保存された生体信号は、その後、ＣＰＵ２２によりＲＯＭ２３に記憶されているプログラムに基づいて波形の解析が行われ、測定結果として出力されることになる（ステップＳ９）。

本実施形態によれば、生体センサ１の貼着面に設けられた一対の通電用電極１１間に流れる電流が所定値よりも小さい場合、つまり、生体センサ１の被検者Ｐに対する密着度が所定値より小さい場合には、生体信号を保存しないようにしたので、誤った測定結果を取得してしまうことが抑制される。

また、この場合に、生体センサ１の電源１４をオフするようにしているので、電池を電源として用いている場合には、電池の消耗が抑制される。さらに、エラーメッセージの表示も行われるので、測定を中止することにより、無駄な測定が行われることなく、患者への負担が軽減される。

本実施形態では、ステップＳ３において電流検知部１５の電流値が所定値より小さいことを検知すると、直ちにエラーメッセージを表示させ測定を中止するようにしているが、電流検知部１５の電流値が所定値より小さいことを所定回数あるいは所定時間連続して検知するまでは測定を中止しないようにしてもよい。このようにすれば、生体センサ１の密着性が正常にもかかわらず突発的なノイズ等によって偶然に電流検知部１５の電流値が所定値より小さくなった場合に、測定が中止されることが抑制される。

本実施形態では、電流検知部１５の電流値が所定値より小さい場合に、測定を中止し生体信号を保存しないようにしたが、測定を中止せずに、生体信号の保存を継続させ、生体信号を保存する際に電流検知部１５の電流値を対応付けて保存することも可能である。このようにしても、生体信号には電流検知部１５の電流値すなわち密着度が対応付けられているので、その後、保存した生体信号から密着度に基づいて正常に出力された生体信号のみを抽出することも可能となる。

また、このように生体信号を密着度に対応付けることにより、生体信号を密着度に基づいて補正することが可能となる。例えば、生体センサ１として加速度センサを用い、当該加速度センサを被検者Ｐの腹部（横隔膜下）に貼着し咳を測定する場合について、以下に説明する。密着度は、一般的に加速度センサの貼着時から経時的に減少すると考えられるが、理解しやすいように、一例として、図５のように密着度が経時的に減少するものとして説明する。

図５は、密着度と咳をしたときの加速度センサの出力との関係を示した概念図である。横軸に貼着からの経過時間ｔを、縦軸に密着度を示すとともに、貼着時の密着度（図５（ａ））及び貼着時より減少した時の密着度（図５（ｂ））における、咳をしたときの加速度センサの出力を概念的に示している。理解しやすいように、図５（ａ）及び図５（ｂ）の両方のグラフにおける咳は、全く同一の咳であるものとする。加速度センサの出力は、腹部が突き出る方向の加速度を正、腹部が引っ込む方向の加速度を負としている。

図５（ａ）に示すように、信号出力は、まず、Ｐ１において正方向に立ち上がり、Ｐ２において最大となる。咳の前段階として、声帯が閉じられ胸腔内圧が上昇して横隔膜が下がり腹部が突き出た状態である。その後、負方向に急激に立ち下がりＰ３、Ｐ４に達する。声帯が瞬時に開放され咳と共に呼出が行われて横隔膜が上がり腹部が引っ込んだ状態である。その後、Ｐ４から急激に正方向に立ち上がりＰ５に達する。呼出の反動により横隔膜が下がり腹部が突き出た状態である。その後、データレベルはＰ６に向けて立ち下がる。今度は逆方向の反動により横隔膜が上がり腹部が引っ込んだ状態である。このように、咳の呼出の後、横隔膜の動きは上下に反動しながら減衰していく。

図５（ｂ）に示すように、密着度が経時的に減少すると、加速度センサの信号出力レベルは、同一の咳を測定した場合であっても、貼着時の加速度センサの信号出力レベルよりも大きくなる。これは、密着度が小さくなると加速度センサの身体への拘束が弱まり、加速度センサが動きやすくなるからである。

このため、加速度センサの密着度が貼着時から減少したときには、図５（ｃ）に示すように、加速度センサの信号出力レベルを当該密着度の減少の割合に基づいて減少させ、貼着時の密着度であったならば得られたであろう信号出力レベルになるように補正する。これにより、密着度の変化に起因する加速度センサの出力の変化分を除去することができ、加速度センサの出力の経時変化を精度良く捉えることができる。この場合、例えば、密着度比率（貼着時の密着度に対する比率）と補正係数とが対応付けられたテーブルをＲＯＭ２３に記憶しておき、補正を行う際には、現在の密着度比率に当該テーブルを適用して補正係数を求め、当該補正係数に基づいて信号出力レベルを演算することにより補正を行う。

密着度が所定値（閾値Ｔｈ）を下回ると、前述したように、加速度センサの出力信号にノイズが重畳し（図５のノイズ重畳領域）、さらに密着度が小さくなると、加速度センサが被検者Ｐの身体から剥がれ落ちてしまうことになる（図５の剥がれ領域）。このようなデータに対しては、補正を行うことなく無効なデータとすることが好ましい。

このように、加速度センサの出力信号レベルに対して、密着度に基づいた補正を行うことにより、より精度の高い咳の測定を行うことが可能となる。特に、加速度センサは、密着度の違いが出力信号レベルに与える影響が大きいので、このような補正は有効である。上記のように、加速度センサの場合は、密着度の減少に伴って、出力信号レベルを減少させるように補正を行う。もちろん、咳以外の他の生体情報の測定、加速度センサ以外の他のセンサを用いた測定においても、密着度に応じて信号出力レベルの補正を行うことができる。

本実施形態では、密着度を検知する際に、生体センサ１に２個の通電用電極１１を設けたが、図６に示すように、中央に１箇所、周囲に複数箇所、配置するようにして、中央の電極と各々の周囲の電極との間に流れる電流値を検知するようにしてもよい。図６（ａ）は周囲に４箇所、図６（ｂ）は周囲に８箇所の電極を配置している。このようにすれば、生体センサ１の端部の部分剥がれについても検知することができ、より高精度に生体センサ１の剥がれを検知することができる。中央の電極を共有するのではなく、それぞれ独立して一対の通電用電極を複数設けることも可能である。

本実施形態では、通電用電極１１が対となるように２個の通電用電極１１を生体センサ１に設けたが、図７（ａ）に示すように、生体センサ１に１個の通電用電極１１を設け、生体センサ１とは別の基準電極センサＳを用意し、当該基準電極センサＳに生体センサ１と同様に１個の通電用電極１１を設けることによっても密着度の検知は可能である。生体センサ１及び基準電極センサＳは、図７（ｂ）に示すように、被検者Ｐの異なる箇所に貼着される。生体センサ１の通電用電極と基準電極センサＳの通電用電極との間に電圧を印加し両者の間を流れる電流を検知することで、密着度を検知することができる。

本実施形態では、密着度を検知する際に通電用電極を用いたが、図８（ａ）に示すように、金属板１６と温度センサ１７を用いることによっても密着度を検知することができる。生体センサ１は、底面に金属板１６が設けられるとともに、底面の金属板１６以外の部分には貼着部１２が設けられている。金属板１６には、温度センサ１７が接触している。生体センサ１を被検者Ｐに貼着させると、金属板１６が被検者Ｐの体温により暖められる。密着度が高いほど金属板１６の温度は相対的に高くなる。金属板１６の温度を温度センサ１７で検知することにより、密着度を検知することができる。金属板１６を用いずに温度センサを直接被検者Ｐに接触するようにすることも可能である。

本実施形態では、密着度を検知する際に通電用電極を用いたが、図８（ｂ）に示すように、湿度センサ１８を用いることによっても密着度を検知することができる。生体センサ１は、底面に通風孔１９が設けられるとともに、底面の通風孔１９以外の部分には貼着部１２が設けられている。湿度センサ１８は、通風孔１９に対向してセンサ内部に設けられている。密着度が高い場合には、通風孔１９からは被検者Ｐの気化した汗のみが進入することにより生体センサ１内の湿度は高くなり、密着度が低い場合には、通風孔１９に外気も進入してくるので湿度は低くなる。湿度センサ１８で生体センサ１内の湿度を検知することにより、密着度を検知することができる。

尚、生体センサ１に加速度センサを搭載した場合には、生体センサ１の剥がれ落ちを検知することが可能である。加速度センサは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の出力を有しているので加速度センサの向きを検知することができる。剥がれ落ちにより加速度センサの向きが変化し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の出力が変化するので、生体センサ１の剥がれ落ちを検知することができる。

本実施形態では、図１に示すように、生体センサ１とＰＣ２とが分離されたシステム構成としたが、生体センサ１にＰＣ２の機能が搭載されている一体型のシステム構成でもよい。この場合、測定結果等を保存する記憶媒体として着脱可能なメモリカードを用いれば、例えば、測定中に記憶媒体の空き容量が無くなったときでも、新しいメモリカードに差し替えることが可能となる。そのため、生体センサを取り外して新しい生体センサに付け直すことがないので、生体センサのバラツキによる生体センサの付け替え前後での測定値のバラツキがなく、精度良く測定を行うことができる。

本実施形態では、生体センサ１に貼着面を設け被検者の身体表面に貼り付けるようにしたが、これに限らず、例えば、身体に密着される面が粘着性を有さない生体センサを用いて、生体センサを身体に置きその上から粘着テープや圧着バンド等を用いて、生体センサごと身体に押しつけ、生体センサの密着面を身体に密着させるようにしてもよい。

この場合、貼着させる場合に比べて、取り付けの際の密着度のバラツキが大きくなりやすい。このとき、例えば、密着度検知手段の出力を表示部２７に表示し、これを見て取り付けるようにすれば、常にほぼ一定の密着度で取り付けることができるとともに、適切な密着度で取り付けることができ、非常に有効である。例えば、生体センサが加速度センサであれば、密着度が小さすぎると図５に示したようにノイズ重畳、センサ剥がれが発生し、逆に加速度センサを身体に押しつけすぎると加速度センサ出力の絶対値が小さくなりすぎ精度良い測定を行うことができなくなるので、有効である。

本実施形態に係る生体情報測定システムのシステム構成図である。 本実施形態に係る生体センサ１の構成図である。図２（ａ）は、被検者Ｐに生体センサ１を貼着させた状態における生体センサ１の断面図を、図２（ｂ）は、生体センサ１の底面図を模式的に示している。 本実施形態に係る生体情報測定システムの制御構成図である。 本実施形態に係る生体情報測定システムの制御フロー図である。 密着度と咳をしたときの加速度センサの出力との関係を示した概念図である。 通電用電極１１の配置における他の例である。 通電用電極１１の配置における他の例である。 密着度を検知する他の例である。

符号の説明

１ 生体センサ
２ ＰＣ
１１ 通電用電極
１２ 貼着部
１３ 生体情報検知部
１４ 電源
１５ 電流検知部
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＯＭ
２５ ＨＤＤ
Ｐ 被検者
Ｓ 基準電極センサ

Claims (10)

1. 被検者の身体表面に密着する密着面が設けられた生体信号を出力する生体センサと、生体センサにより出力された生体信号に基づいて生体情報を測定する生体情報測定部と、を有する生体情報測定システムにおいて、
   前記生体センサの被検者の身体表面への密着度を検知する密着度検知手段を有し、
   前記生体情報測定部は、密着度検知手段により検知された密着度に基づいて測定処理を行うことを特徴とする生体情報測定システム。
2. 前記生体センサにより出力された生体信号を保存する生体信号保存部を有し、
   前記生体情報測定部は、
   前記密着度検知手段により検知された密着度が所定値より小さい場合には、生体信号保存部への前記生体信号の保存を禁止することを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定システム。
3. 前記生体センサは、電源を有し、
   前記生体情報測定部は、
   前記密着度検知手段により検知された密着度が所定値より小さい場合には、前記電源の出力をオフすることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体情報測定システム。
4. 前記生体センサにより出力された生体信号を保存する生体信号保存部を有し、
   前記生体情報測定部は、
   前記生体信号保存部に前記生体信号を保存する際に、前記前記密着度検知手段により検知された密着度を対応付けて保存することを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定システム。
5. 前記生体情報測定部は、密着度検知手段により検知された密着度に基づいて前記生体センサにより出力された生体信号の出力値を補正することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の生体情報測定システム。
6. 前記生体センサは、前記密着面に一対の通電用電極を有し、
   前記密着度検知手段は、前記一対の通電用電極の間に電圧を印加し、当該一対の通電用電極の間に流れる電流値に相当する値を検知することにより密着度を検知することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報測定システム。
7. 被検者の身体表面に密着する密着面が設けられるとともに当該密着面に通電用電極を有する基準電極センサを有し、
   前記生体センサは、密着面に通電用電極を有し、
   前記密着度検知手段は、前記基準電極センサの通電用電極と前記生体センサの通電用電極との間に電圧を印加し、相互の通電用電極の間に流れる電流値に相当する値を検知することにより密着度を検知することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報測定システム。
8. 前記生体センサは、前記密着面の温度を検知する温度センサを有し、
   前記密着度検知手段は、前記温度センサにより温度を検知することにより密着度を検知することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報測定システム。
9. 前記生体センサは、センサ内部に湿度を検知する湿度センサを有するとともに前記密着面にセンサ内部に連通する孔を有し、
   前記密着度検知手段は、前記湿度センサにより湿度を検知することにより密着度を検知することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報測定システム。
10. 前記生体センサは、加速度センサであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の生体情報測定システム。

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