JP2012210236A - 測定装置、測定方法、情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】心電図信号および生体Ｚを同時に測定する。
【解決手段】測定装置は、生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生する電源部と、発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給するために前記被測定者の体の左右に接触させる第１の電極対と、前記第１の電極対に隣接して配置された第２の電極対と、前記測定用信号の供給に応じて前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定部と、前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定する心電図信号測定部とを含む。生体インピーダンス測定部と心電図信号測定部は同時に並行して動作する。本開示は、例えば、心臓鼓動パターンを用いて個人認証を行う認証装置に適用できる。
【選択図】図６

Description

本開示は、測定装置、測定方法、情報処理装置、情報処理方法、およびプログラムに関し、特に、人の心臓の動きを示す心臓鼓動パターンを正確に検出できるようにした測定装置、測定方法、情報処理装置、情報処理方法、およびプログラムに関する。

従来、健康診断などの医療用途で心電図（以下、心電図信号と称する）の測定が行われている。心電図信号は周期的な心臓の動きに起因する電気信号であり、その１周期分の波形パターン（以下、心臓鼓動パターンと称する）が各個人で異なる特徴を示すことが知られている。

図１は、一般的な心臓鼓動パターンの波形を示している。同図の横軸は時間軸（サンプル軸）を示し、縦軸は電位を示している。同図に示されるように、一般的な心臓鼓動パターンは、Ｕ波、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波の順に特徴的な波が配置されている。

そして、この心臓鼓動パターンを個人認証に利用する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、予め登録者の心電図信号を測定して心臓鼓動パターンを抽出し、その特徴量を算出して登録しておく。そして、認証時には、被認証者の心電図信号を測定して心臓鼓動パターンを抽出し、その特徴量を算出して、登録済みの特徴量と比較し、その比較結果に基づいて認証を行う。

なお、心電図信号の測定は、高精度の測定が要求される医療機関などにおいては、１２誘導法と称される、頭部、胸部、四肢などの１２箇所に電極を取り付けて心電図信号を測定する手法が一般的である。また、より簡易的に測定する手法として、図２に示されるように、左手用電極Ｌと右手用電極Ｒと左足などに取り付ける接地電極Ｇの３電極で測定する方法（以下、簡易測定法と称する）が知られている。

なお、心電図信号を測定するためには、人体の電圧と心電図信号測定部との基準電位を一致させる必要があることから、人体と心電図測定部は接地されている。ただし、接地電極Ｇを省略した２電極でも、時間の経過により人体の電圧と心電図信号測定部との電圧差が０となるので、心電図信号を測定するは可能である。ただし、より速やか正確に測定するためには、左手用電極Ｌと右手用電極Ｒに接地電極Ｇを追加した３電極の方が望ましい。

ところで、心電図信号の簡易測定法と類似した手法により、電極間、すなわち、体内を流れる電気信号に基づいて体内のインピーダンス（以下、生体Ｚとも称する）を測定する手法が知られている。生体Ｚの測定は、例えば図３に示されるように、被測定者が左手を２つの電極Ｌ１，Ｌ２に触れ、右手を２つの電極Ｒ１，Ｒ２に触れた状態で測定が行われる。なお、両手ではなく、両足の裏を電極に接触させる場合もある。

具体的には、図４に示されるように、電極Ｌ１と電極Ｒ１との間に、数１０kHzほど交流電流ｉを生体Ｚ測定用信号として流し、電極Ｌ２と電極Ｒ２との電位差Ｖ_Ｚを測定し、Ｖ_Ｚ＝ｉ・Ｚが成り立つことに基づいて生体Ｚを算出する。このようにして測定された生体Ｚは、予め保持されているテーブルや関数などを用いることにより、体組成（体脂肪率、筋肉量、骨量など）に変換されて被測定者に提示される。

特表２００８−５１８７０９

上述したように、心電図信号の測定方法と、生体Ｚの測定方法はそれぞれ知られているものの、それらは独立した個別の装置を用いて行われており、心電図信号および生体Ｚを同時に測定することができなかった。

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、心電図信号および生体Ｚを同時に測定できるようにするものである。

本開示の第１の側面である測定装置は、生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生する信号発生部と、発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給するために前記被測定者の体の左右に接触させる第１の電極対と、前記第１の電極対に隣接して配置され、前記被測定者の体の左右に接触させる第２の電極対と、前記測定用信号の供給に応じて前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定部と、前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定する心電図信号測定部とを含み、前記生体インピーダンス測定部と前記心電図信号測定部は、同時に並行して動作する。

本開示の第１の側面である測定装置は、前記第１の電極対が接触される前記被測定者の体の平均電位を、前記心電図信号測定部の基準電位と一致させる調整部をさらに含むことができる。

前記調整部は、前記電源部と前記第１の電極対との間に設けられた、正負入力端子の一方が接地されている電流アンプとすることができる。

前記心電図信号測定部は、前記第２の電極対から得られる電気信号から、前記心電図信号に対応する周波数成分を抽出するフィルタ部を含むことができる。

前記生体インピーダンス測定部は、前記測定用信号の供給に応じて前記第２の電極対から得られる電気信号の電圧差を検出し、検出した前記電位差を示す検出信号と前記測定用信号の電流とに基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを算出することができる。

前記生体インピーダンス測定部は、前記検出信号から前記測定用信号と同じ周波数成分を抽出するフィルタ部を含むことができる。

本開示の第１の側面である測定装置は、測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する抽出部をさらに含むことができ、前記抽出部は、測定された前記生体インピーダンスに基づき、前記心臓鼓動パターンを抽出する動作を制限することができる。

本開示の第１の側面である測定方法は、被測定者の生体インピーダンスと心電図信号を測定する測定装置の測定方法において、前記測定装置による、生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生し、前記被測定者の体の左右に接触させた第１の電極対から、発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給し、前記第１の電極対に隣接して配置され、前記被測定者の体の左右に接触させた第２の電極対から、前記測定用信号の供給に応じて得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定し、前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定するステップを含み、前記生体インピーダンスの測定と前記心電図信号の測定は、同時に並行して実行される。

本開示の第１の側面であるプログラムは、生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生し、被測定者の体の左右に接触させた第１の電極対から、発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給し、前記第１の電極対に隣接して配置され、前記被測定者の体の左右に接触させた第２の電極対から、前記測定用信号の供給に応じて得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定し、前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定するステップを含み、前記生体インピーダンスの測定と前記心電図信号の測定は、同時に並行して実行させる処理をコンピュータに実行させる。

本開示の第１の側面においては、生体インピーダンスを測定するための測定用信号が発生され、被測定者の体の左右に接触させた第１の電極対から、発生された測定用信号が被測定者の体に供給される。そして、第１の電極対に隣接して配置され、被測定者の体の左右に接触させた第２の電極対から、測定用信号の供給に応じて得られる電気信号に基づいて被測定者の前記生体インピーダンスが測定され、これと同時に並行して、第２の電極対から得られる電気信号に基づいて被測定者の心電図信号が測定される。

本開示の第２の側面である情報処理装置は、被測定者の生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定部と、前記生体インピーダンスの測定と同時に前記被測定者の心電図信号を測定する心電図信号測定部と、測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する抽出部と、抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う処理部とを含み、前記抽出部は、測定された前記生体インピーダンスに基づき、前記心臓鼓動パターンを抽出する動作を制限する。

前記抽出部は、測定された前記生体インピーダンスが第１の閾値以下である場合、前記心臓鼓動パターンを抽出し、測定された前記生体インピーダンスが前記第１の閾値よりも大きい場合、前記心臓鼓動パターンの抽出を中止することができる。

前記処理部は、登録者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンを登録し、被認証者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンと、登録済みの前記登録者の前記心臓鼓動パターンとを比較することにより認証処理を行うことができる。

前記処理部は、登録者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンおよび前記生体インピーダンスを登録し、被認証者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンと、登録済みの前記登録者の前記心臓鼓動パターンとの相関を示す相関係数を、前記登録者と前記被認証者の前記生体インピーダンスの差に応じた第２の閾値と比較することにより認証処理を行うことができる。

本開示の第２の側面である情報処理方法は、情報処理装置の情報処理方法において、前記情報処理装置による、被測定者の生体インピーダンスと心電図信号を同時に測定し、測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する動作を、測定された前記生体インピーダンスに基づいて制限しつつ実行し、抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行うステップを含む。

本開示の第２の側面であるプログラムは、被測定者の生体インピーダンスと心電図信号を同時に測定し、測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する動作を、測定された前記生体インピーダンスに基づいて制限しつつ実行し、抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行うステップを含む処理をコンピュータに実行させる。

本開示の第２の側面においては、被測定者の生体インピーダンスと心電図信号が同時に測定され、測定された心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する動作が、測定された生体インピーダンスに基づいて制限されつつ実行され、抽出された心臓鼓動パターンを用いて所定の処理が行われる。

本開示の第１の側面によれば、心電図信号と生体Ｚを同時に測定することができる。

本発明の第２の側面によれば、心電図信号と生体Ｚを同時に測定することができ、心電図信号から良質な心臓鼓動パターンを得ることができる。

一般的な心臓鼓動パターンの波形を示す図である。 ３電極を用いた心電図信号の測定手法を説明する図である。 生体Ｚの測定手法を説明する図である。 生体Ｚの測定手法を説明する図である。 第１の実施の形態である測定装置の外観図である。 測定装置の構成例を示すブロック図である。 左手内電極および右手内電極が接地電極となることを説明する図である。 心電図信号測定用の電極と接地電極が隣接していても心電図信号の測定が可能であることを説明する図である。 測定装置による同時測定処理を説明するフローチャートである。 同時に測定された心電図信号と生体Ｚの波形の一例を示す図である。 図１０の心電図信号を横方向に拡大した図である。 第２の実施の形態である認証装置の外観図である。 認証装置の構成例を示すブロック図である。 認証装置の登録処理を説明するフローチャートである。 認証装置の認証処理を説明するフローチャートである。 測定装置および認証装置の変形例の使用イメージを示す図である。 第１の変形例を示す図である。 第２の変形例を示す図である。 第３の変形例を示す図である。 コンピュータの構成例を示すブロック図である。

以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜１．第１の実施の形態＞
［測定装置の構成例］
図５は、第１の実施の形態である測定装置の上面の外観を示している。この測定装置１０は、被測定者の心電図信号と生体Ｚを同時に測定するものである。

同図Ａに示すように、測定装置１０の左側には、左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌが、右側には右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒが設けられている。さらに、上面の中央には、測定結果の心電図信号の波形や、生体Ｚに基づいて体組成（体脂肪率など）の数値を被測定者に提示するための提示部１３が設けられている。

測定装置１０は、同図Ｂに示されるように、被測定者が左手の掌を左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌに接触させるとともに、右手の掌を右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒに接触させた状態で測定を行う。

図６は、測定装置１０の構成例を示している。測定装置１０は、右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒが接続された右電極基板２１、左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌが接続された左電極基板２５、生体Ｚ測定部２７、心電図信号測定部３４、表示制御部３９、および提示部１３から構成される。

右電極基板２１は、抵抗２２、電流アンプ２３、およびバッファアンプ２４を有する。抵抗２２は、電流アンプ２３の負入力端子と生体Ｚ測定部２７の信号発生部２８との間に直列に接続される。その抵抗値は例えば１ｋΩとされる。電流アンプ２３の負入力端子は、生体Ｚ測定部２７の信号発生部２８および右手内電極１１Ｒに接続されている。電流アンプ２３の出力端子は、左電極基板２５を介して左手内電極１１Ｌに接続されている。電流アンプ２３の正入力端子は接地されている。電流アンプ２３は、負入力端子から入力される生体Ｚ測定用信号ｉ（例えば50kHz，１Ｖ）を１mAに増幅して左手内電極１１Ｌに出力する。

よって、増幅された生体Ｚ測定用信号ｉは、左手内電極１１Ｌ、被測定者の体内（生体）、および右手内電極１１Ｒの経路に流れることになる（勿論、その逆の経路にも流れる）。なお、電流アンプ２３が正常に機能する場合、正入力端子と負入力端子の電位は等しくなるが、電流アンプ２３の正入力端子は接地されているので、負入力端子も電位が０Ｖとなる。さらに、電流アンプ２３の出入力端子も平均電位が０Ｖとなる。したがって、左手内電極１１Ｌおよび右手内電極１１Ｒは、被測定者の接地電極として作用する。なお、詳細は、図７を参照して後述する。

バッファアンプ２４は、右手外電極１２Ｒから入力される電気信号を増幅して後段に出力する。この電気信号は、２分配されて生体Ｚ測定部２７におけるアンプ３０の負入力端子、および心電図信号測定部３４におけるアンプ３５の負入力端子に入力される。

左電極基板２５は、バッファアンプ２６を有する。バッファアンプ２６は、左手外電極１２Ｌから入力される電気信号を増幅して後段に出力する。この電気信号は、２分配されて生体Ｚ測定部２７におけるアンプ３０の正入力端子、および心電図信号測定部３４におけるアンプ３５の正入力端子に入力される。

生体Ｚ測定部２７は、信号発生部２８、アンプ２９，３０、BPF３１、ENV検出部３２、および算出部３３を含む。信号発生部２８は、生体Ｚ測定用信号ｉを発生する。アンプ２９は、生体Ｚ測定用信号ｉを増幅して右電極基板２１に出力する。

アンプ３０は、左手外電極１２Ｌと右手外電極１２Ｒから入力される電気信号を増幅してBPF３１に出力する。BPF３１は、アンプ３０からの電気信号のうち、生体Ｚ測定用信号ｉと同じ周波数帯（50kHz）のみを後段のENV検出部３２に通過させる。ENV検出部３２は、BPF３１から入力された電気信号の包絡線を検出して算出部D３３に出力する。算出部３３は、ENV検出部３２からの包絡線から、左手外電極１２Ｌと右手外電極１２Ｒの差動電圧Ｖ_Ｚを求め、差動電圧Ｖ_Ｚと生体Ｚ測定用信号ｉとにより生体Ｚ（＝Ｖ_Ｚ／ｉ）を算出する。算出された生体Ｚは、後段の表示制御部３９に出力される。

心電図信号測定部３４は、アンプ３５、ノッチフィルタ３６、BPF３７、およびA/D３８を含む。

アンプ３５は、０Ｖを基準電位として左手外電極１２Ｌと右手外電極１２Ｒから入力される電気信号を増幅してノッチフィルタ３６に出力する。ノッチフィルタ３６およびBPF３７は、アンプ３０からの電気信号のうち、心電図信号の主成分となる100Hz以下の周波数成分のみを抽出してA/D３８に出力する。A/D３８は、BPF３７からの100Hz以下の電気信号をデジタル化することにより心電図信号を生成する。生成された心電図信号は、後段の表示制御部３９に出力される。

表示制御部３９は、予め保持しているテーブルや関数などを用いることにより、生体Ｚ測定部２７から入力された生体Ｚを体組成（体脂肪率など）に変換し、その表示データを生成して提示部１３に出力する。また、表示制御部３９は、心電図信号測定部３４から入力された心電図信号に基づき、その表示データを生成して提示部１３に出力する。

提示部１３は、表示制御部３９から表示データに基づいて、体組成、心電図信号の波形などを被測定者に表示する。また、提示部１３は、例えば、被測定者に対して電極への接触、接触し直しを指示したり、測定不良を通知したりするためのメッセージを表示する。

[左手内電極１１Ｌおよび右手内電極１１Ｒが接地電極となる説明]
図７は、左手内電極１１Ｌおよび右手内電極１１Ｒが接地電極となることを説明するための図であり、電流アンプ２３の周辺回路を示している。

上述したように、左手内電極１１Ｌ、人体、および右手内電極１１Ｒの経路には、50kHz，Ｖ_１＝１Ｖ，１mAの生体Ｚ測定用信号ｉが流れる。電流アンプ２３の負入力端子の電位Ｖ_２＝０Ｖ、電流アンプ２３の出入力端子の電位Ｖ_３の平均も０Ｖである。左手内電極１１Ｌと右手内電極１１Ｒとに接触している被測定者もその電位は０Ｖとなる。したがって、左手内電極１１Ｌおよび右手内電極１１Ｒは、被験者の接地電極として作用しているとみなすことができる。

[心電図信号測定用の電極と接地電極が隣接していても心電図信号の測定が可能である説明]
図８は、心電図信号測定用の電極（左手外電極１２Ｌと右手外電極１２Ｒ）と接地電極（左手内電極１１Ｌと右手内電極１１Ｒ）が隣接していても心電図信号の測定が可能である説明するための図である。

ここでは、生体Ｚを体内抵抗Ｒ_Ｂと掌の皮膚抵抗Ｒ_Ｓに分けて考える。また、左手外電極１２Ｌと右手外電極１２Ｒからの電気信号を増幅するバッファアンプ２４，２６の内部抵抗をＲ_ＩＮとする。

掌の皮膚抵抗Ｒ_Ｓを基準とした場合、人の体内は主成分が液体であるために体内抵抗Ｒ_Ｂは皮膚抵抗Ｒ_Ｓに比較して十分に小さく、内部抵抗Ｒ_ＩＮは皮膚抵抗Ｒ_Ｓに比較して十分に大きい。この場合、左手外電極１２Ｌと左手内電極１１Ｌ（右手外電極１２Ｒと右手内電極１１Ｒ）の距離に拘わらず、心臓の動きに起因する心電電圧Ｖ_Ｅは、バッファアンプ２４のとバッファアンプ２６との差動電圧Ｖ_Ｐ−Ｖ_Ｍとして測定される。

[測定装置１０の動作]
図９は、測定装置１０による、生体Ｚと心電図信号を同時に測定する処理（以下、同時測定処理と称する）を説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、被測定者に対して電極への接触が促される。この促しに応じて被測定者は、左手の掌を左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌに、右手の掌を右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒに接触させる。

ステップＳ２において、生体Ｚ測定部２７の信号発生部２８は、生体Ｚ測定用信号ｉの出力を開始する。この生体Ｚ測定用信号ｉは、左手内電極１１Ｌ、人体、および右手内電極１１Ｒの経路で流れることとなる。

ステップＳ３において、左手外電極１２Ｌからの電気信号が生体Ｚ測定部２７および心電図信号測定部３４に入力される。ステップＳ４において、生体Ｚ測定部２７は生体Ｚを算出して表示制御部３９に出力する。これと同時に、心電図信号測定部３４は心電図信号を生成して表示制御部３９に出力する。

ステップＳ５において、表示制御部３９は、予め保持しているテーブルや関数などを用いることにより、算出された生体Ｚを体組成（体脂肪率など）に変換し、その表示データを生成して提示部１３に出力する。また、表示制御部３９は、心電図信号測定部３４から入力された心電図信号に基づき、その表示データを生成して提示部１３に出力する。提示部１３は、表示制御部３９から表示データに基づいて、体組成、心電図信号の波形などを被測定者に表示する。以上で同時測定処理は終了される。

以上に説明した同時測定処理によれば、生体Ｚと心電図信号とを時分割することなく、同時に測定することが可能となる。生体Ｚと心電図信号とを同時に測定できることにより、生体Ｚと心電図信号とを用いる所定の処理（後述する認証処理など）を速やかに実行することが可能となる。

＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態である、生体Ｚと心電図信号とを個人認証に用いる認証装置について説明するが、その前に、生体Ｚと心電図信号との関係について説明する。

図１０は、同時に測定された心電図信号と生体Ｚの波形の一例を示している。なお、同図の横軸はサンプル番号、縦軸は電位を示している。図１１は、図１０の心電図信号をサンプル番号2000から3000の範囲で拡大して示したものである。

図１０および図１１に示す心電図信号は、サンプル番号2000から3000の範囲で安定した波形を示していることが分かる。また、その他の範囲でノイズ成分の混入などによる不安定な波形を示していることがわかる。ノイズ成分の混入は、例えば、掌と電極との接触不良や生体の筋電位の変化などに起因する。

一方、図１０に示す生体Ｚは、サンプル番号2000から3000の範囲と3500以降の範囲で低い値を示し、その他の範囲で高い値を示していることがわかる。同図から明らかなように、心電図信号と生体Ｚとは相関があり、心電図信号の波形が不安定なときには生体Ｚの値が高く、心電図信号の波形が安定しているときには生体Ｚの値が低いといえる。

ところで、後述する登録処理および認証処理では、心電図信号から抽出した心臓鼓動パターン（の特徴量）を被測定者（登録者または被認証者）に対応付ける。したがって、個人認証の精度を上げるためには、安定した心電図信号から心臓鼓動パターンを抽出すべきである。

そこで、第２の実施の形態である認証装置では、生体Ｚを参照し、その値が所定の閾値以下である場合の心電図信号のみから心臓鼓動パターンを抽出するようになされている。

［認証装置の構成例］
図１２は、第２の実施の形態である認証装置の上面の外観を示している。この認証装置５０は、被測定者（登録者または被認証者）の心電図信号と生体Ｚを同時に測定し、心電図信号から抽出する心臓鼓動パターンを用いて個人認証を行うものである。

なお、認証装置５０の構成要素のうち、第１の実施の形態である測定装置１０と共通するものについては、同一の符号を付しているので、それらの説明については適宜省略する。

同図Ａに示すように、認証装置５０の左側には、左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌが、右側には右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒが設けられている。さらに、上面の中央には、測定結果、認証結果などを提示するための提示部１３が設けられている。

認証装置５０は、同図Ｂに示されるように、被測定者が左手の掌を左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌに接触させるとともに、右手の掌を右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒに接触させた状態で測定を行い、その後に個人認証を行う。

図１３は、認証装置５０の構成例を示している。認証装置５０は、右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒが接続された右電極基板２１、左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌが接続された左電極基板２５、生体Ｚ測定部２７、心電図信号測定部３４、認証処理部６０、および提示部１３から構成される。

生体Ｚ測定部２７は、算出した生体Ｚを認証処理部６０の心臓鼓動パターン抽出部６２、および登録認証部６３に通知する。心電図信号測定部３４は、生成した心電図信号を認証処理部６０のピーク検出部６１に出力する。

認証処理部６０は、ピーク検出部６１、心臓鼓動パターン抽出部６２、および登録認証部６３から構成される。

ピーク検出部６１は、心電図信号における特徴的な波（例えば、Ｒ波）のピークを検出して心臓鼓動パターン抽出部６２に通知する。心臓鼓動パターン抽出部６２は、生体Ｚが所定の第１の閾値以下である場合のみ、検出されたピークを基準とする所定のサンプル範囲を心電図信号から心臓鼓動パターンとして抽出し、その特徴量を算出して登録認証部６３に出力する。なお、心臓鼓動パターンの特徴量の算出方法については任意である。心臓鼓動パターン自体を特徴量とみなしておよい。

登録認証部６３は、登録処理時において、被測定者（登録者）に、心臓鼓動パターンの特徴量と、心臓鼓動パターンが抽出されたときの生体Ｚとを対応付けて記憶する（登録する）。また、登録認証部６３は、認証処理時において、被測定者（被認証者）の心臓鼓動パターンの特徴量と、登録済みの各心臓鼓動パターンの特徴量との相関の程度を示す相関値を算出し、相関値に基づいて被認証者の個人認証を行う。

具体的には、登録済みの登録者の心臓鼓動パターンの特徴量の中から、相関値が最も高いものを特定し、その相関値が所定の第２の閾値以上である場合に、被認証者を当該登録者であると認証する。

なお、所定の第２の閾値は固定してもよいし、被認証者の生体Ｚと比較する登録者の生体Ｚの差に応じて可変としてもよい。すなわち、同一人物の場合、生体Ｚは測定タイミングによって変動するものの、その変動幅は小さいことがわかっている。したがって、被認証者の生体Ｚと、相関値か最も高い登録者の生体Ｚとの差が大きいほど、第２の閾値を大きな値にすればよい。

相関値を−１から１の範囲で算出するようにし、最も相関が高い場合の相関値を１とした場合、例えば、生体Ｚの差が１７０Ω以下である場合には第２の閾値を０．９９とし、生体Ｚの差が１７０乃至３４０Ωである場合には第２の閾値を０．９９５とし、生体Ｚの差が３４０Ω以上である場合には第２の閾値を０．９９９としたりする。

登録認証部６３は、個人認証の結果を提示部１３に出力する。さらに、登録認証部６３は、生体Ｚが第１の閾値よりも大きい場合、測定不良などのメッセージを提示部１３に表示させる。

提示部１３は、登録認証部６３から入力された個人認証結果を表示する。また、提示部１３は、登録認証部６３からの制御に従い、例えば、被測定者に対して電極への接触、接触し直しを指示したり、測定不良を通知したりするためのメッセージを表示する。

[認証装置５０の動作]
図１４は認証装置５０による登録処理を説明するフローチャートである。

なお、登録処理の前提として、上述した測定装置１０による同時測定処理と同様の処理により、認証処理部６０には、登録者から同時に測定されている生体Ｚと心電図信号が入力されているものとする。そして、ピーク検出部６１は、前段から入力される心電図信号のピークを検出しているものとする。

ステップＳ１１において、心臓鼓動パターン抽出部６２および登録認証部６３は、生体Ｚが第１の閾値以下であるか否かを判定する。生体Ｚが第１の閾値よりも大きいと判定された場合、このとき測定されている心電図信号の波形は安定していないはずなので、処理はステップＳ１２に進められる。ステップＳ１２において、提示部１３は、登録認証部６３からの制御に従い、測定不良などのメッセージを表示する。このメッセージを見た登録者は、例えば電極に接触し直すなどの対処を行う。

ステップＳ１１において、生体Ｚが第１の閾値以下であると判定された場合、このとき測定されている心電図信号の波形は安定しているはずなので、処理はステップＳ１３に進められる。ステップＳ１３において、心臓鼓動パターン抽出部６２は、検出されたピークを基準とする所定のサンプル範囲を心電図信号から心臓鼓動パターンとして抽出し、ステップＳ１４において、その特徴量を算出して登録認証部６３に出力する。

ステップＳ１５において、登録認証部６３は、被測定者（登録者）に、心臓鼓動パターンの特徴量と、心臓鼓動パターンが抽出されたときの生体Ｚとを対応付けて記憶する（登録する）。以上で、登録処理は終了される。

以上に説明した登録処理によれば、心電図信号の波形が安定していないと考えられる場合には心臓鼓動パターンを抽出せず、心電図信号の波形が安定していると考えられる場合にのみ、心臓鼓動パターンを抽出するようにしたので、登録者に対応する信頼性の高い心臓鼓動パターン（の特徴量）を登録することができる。

次に、図１５は認証装置５０による認証処理を説明するフローチャートである。

なお、認証処理の前提として、上述した測定装置１０による同時測定処理と同様の処理により、認証処理部６０には、被認証者から同時に測定されている生体Ｚと心電図信号が入力されているものとする。そして、ピーク検出部６１は、前段から入力される心電図信号のピークを検出しているものとする。

ステップＳ２１において、心臓鼓動パターン抽出部６２および登録認証部６３は、生体Ｚが第１の閾値以下であるか否かを判定する。生体Ｚが第１の閾値よりも大きいと判定された場合、このとき測定されている心電図信号の波形は安定していないはずなので、処理はステップＳ２２に進められる。ステップＳ２２において、提示部１３は、登録認証部６３からの制御に従い、測定不良などのメッセージを表示する。このメッセージを見た被認証者は、例えば電極に接触し直すなどの対処を行う。

反対に、生体Ｚが第１の閾値以下であると判定された場合、このとき測定されている心電図信号の波形は安定しているはずなので、処理はステップＳ２３に進められる。ステップＳ２３において、心臓鼓動パターン抽出部６２は、検出されたピークを基準とする所定のサンプル範囲を心電図信号から心臓鼓動パターンとして抽出し、ステップＳ２４において、その特徴量を算出して登録認証部６３に出力する。

ステップＳ２５において、登録認証部６３は、被認証者の心臓鼓動パターンの特徴量と、登録済みの心臓鼓動パターンの特徴量との相関値を算出する。ステップＳ２６において、登録認証部６３は、算出した相関値が最も高い登録者を特定し、さらに、その最も高い相関値が特定した登録者の生体Ｚと被認証者の生体Ｚとの差に応じた第２の閾値以上であるか否かを判定する。

最高の相関値が第２の閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ２７に進められる。ステップＳ２７において、登録認証部６３は、被認証者は当該登録者であると認証した旨を提示部１３に通知する。提示部１３は、被認証者が当該登録者であると認証された旨を被認証者に提示する。

反対に、最高の相関値が第２の閾値よりも小さいと判定された場合、処理はステップＳ２８に進められる。ステップＳ２８において、登録認証部６３は、被認証者に該当する登録者がいなかった旨を提示部１３に通知する。提示部１３は、被認証者に該当する登録者がいなかった旨を被認証者に提示する。以上で、認証処理は終了される。

以上に説明した認証処理によれば、心電図信号の波形が安定していないと考えられる場合には心臓鼓動パターンを抽出せず、心電図信号の波形が安定していると考えられる場合にのみ、心臓鼓動パターンを抽出するようにしたので、被認証者に対応する信頼性の高い心臓鼓動パターン（の特徴量）を取得することができる。したがって、認証精度の向上が期待できる。

＜３．変形例＞
次に、第１の実施の形態である測定装置１０、および第２の実施の形態である認証装置５０の変形例について説明する。

測定装置１０（認証装置５０）の４つの電極の位置については、以下のように変更することができる。

図１６は、４つの電極の位置を変更した測定装置１０（認証装置５０）の使用時のイメージを示している。すなわち、被測定者が測定装置１０（認証装置５０）を両手で保持した状態で、左右の掌または指に、それぞれ２つの電極が触れるように配置すればよい。

図１７は、測定装置１０（認証装置５０）の本体の左側面に左手外電極１２Ｌ、右側面に右手外電極１２Ｒを配置し、本体の背面中央付近に左手内電極１１Ｌおよび右手内電極１１Ｒを配置した変形例を示している。

図１８は、測定装置１０（認証装置５０）の本体の左側面に左手内電極１１Ｌおよび左手外電極１２Ｌ、右側面に右手内電極１１Ｒおよび右手外電極１２Ｒを配置した変形例を示している。

図１９は、測定装置１０（認証装置５０）の本体の左側面に左手外電極１２Ｌ、右側面に右手外電極１２Ｒを配置し、本体の背面左側に左手内電極１１Ｌ、背面右側に右手内電極１１Ｒを配置した変形例を示している。

なお、４つの電極の配置については、図１７乃至図１９に示された変形例の他、様々に変更することが可能である。

ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。

図２０は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。

このコンピュータ１００において、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。

バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。

以上のように構成されるコンピュータ１００では、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５およびバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

また、プログラムは、１台のコンピュータにより処理されるものであってもよいし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。

また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０ 測定装置， １１Ｌ 左手内電極， １１Ｒ 右手内電極， １２Ｌ 左手外電極， １２Ｒ 右手外電極， １３ 提示部， ２１ 右電極基板， ２２ 左電極基板， ２３ 電流アンプ， ２７ 生体Ｚ測定部， ２８ 信号発生部， ３４ 心電図信号測定部， ３９ 表示制御部， ５０ 認証装置， ６０ 認証処理部， ６１ ピーク検出部， ６２ 心臓鼓動パターン抽出部， ６３ 登録認証部， １００ コンピュータ， １０１ CPU

Claims (15)

1. 生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生する信号発生部と、
   発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給するために前記被測定者の体の左右に接触させる第１の電極対と、
   前記第１の電極対に隣接して配置され、前記被測定者の体の左右に接触させる第２の電極対と、
   前記測定用信号の供給に応じて前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定部と、
   前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定する心電図信号測定部と
   を含み、
   前記生体インピーダンス測定部と前記心電図信号測定部は、同時に並行して動作する
   測定装置。
2. 前記第１の電極対が接触される前記被測定者の体の平均電位を、前記心電図信号測定部の基準電位と一致させる調整部を
   さらに含む請求項１に記載の測定装置。
3. 前記調整部は、前記電源部と前記第１の電極対との間に設けられた、正負入力端子の一方が接地されている電流アンプである
   請求項２に記載の測定装置。
4. 前記心電図信号測定部は、前記第２の電極対から得られる電気信号から、前記心電図信号に対応する周波数成分を抽出するフィルタ部を含む
   請求項２に記載の測定装置。
5. 前記生体インピーダンス測定部は、前記測定用信号の供給に応じて前記第２の電極対から得られる電気信号の電圧差を検出し、検出した前記電位差を示す検出信号と前記測定用信号の電流とに基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを算出する
   請求項２に記載の測定装置。
6. 前記生体インピーダンス測定部は、前記検出信号から前記測定用信号と同じ周波数成分を抽出するフィルタ部を含む
   請求項５に記載の測定装置。
7. 測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する抽出部を
   さらに含み、
   前記抽出部は、測定された前記生体インピーダンスに基づき、前記心臓鼓動パターンを抽出する動作を制限する
   請求項２に記載の測定装置。
8. 被測定者の生体インピーダンスと心電図信号を測定する測定装置の測定方法において、
   前記測定装置による、
   生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生し、
   前記被測定者の体の左右に接触させた第１の電極対から、発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給し、
   前記第１の電極対に隣接して配置され、前記被測定者の体の左右に接触させた第２の電極対から、前記測定用信号の供給に応じて得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定し、
   前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定する
   ステップを含み、
   前記生体インピーダンスの測定と前記心電図信号の測定は、同時に並行して実行される
   測定方法。
9. 生体インピーダンスを測定するための測定用信号を発生し、
   被測定者の体の左右に接触させた第１の電極対から、発生された前記測定用信号を被測定者の体に供給し、
   前記第１の電極対に隣接して配置され、前記被測定者の体の左右に接触させた第２の電極対から、前記測定用信号の供給に応じて得られる電気信号に基づいて前記被測定者の前記生体インピーダンスを測定し、
   前記第２の電極対から得られる電気信号に基づいて前記被測定者の心電図信号を測定する
   ステップを含み、
   前記生体インピーダンスの測定と前記心電図信号の測定は、同時に並行して実行させる
   処理をコンピュータに実行させるプログラム。
10. 被測定者の生体インピーダンスを測定する生体インピーダンス測定部と、
    前記生体インピーダンスの測定と同時に前記被測定者の心電図信号を測定する心電図信号測定部と、
    測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する抽出部と、
    抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う処理部と
    を含み、
    前記抽出部は、測定された前記生体インピーダンスに基づき、前記心臓鼓動パターンを抽出する動作を制限する
    情報処理装置。
11. 前記抽出部は、測定された前記生体インピーダンスが第１の閾値以下である場合、前記心臓鼓動パターンを抽出し、測定された前記生体インピーダンスが前記第１の閾値よりも大きい場合、前記心臓鼓動パターンの抽出を中止する
    請求項１０に記載の情報処理装置。
12. 前記処理部は、
    登録者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンを登録し、
    被認証者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンと、登録済みの前記登録者の前記心臓鼓動パターンとを比較することにより認証処理を行う
    請求項１０に記載の情報処理装置。
13. 前記処理部は、
    登録者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンおよび前記生体インピーダンスを登録し、
    被認証者としての前記被測定者に対応する前記心臓鼓動パターンと、登録済みの前記登録者の前記心臓鼓動パターンとの相関を示す相関係数を、前記登録者と前記被認証者の前記生体インピーダンスの差に応じた第２の閾値と比較することにより認証処理を行う
    請求項１２に記載の情報処理装置。
14. 情報処理装置の情報処理方法において、
    前記情報処理装置による、
    被測定者の生体インピーダンスと心電図信号を同時に測定し、
    測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する動作を、測定された前記生体インピーダンスに基づいて制限しつつ実行し、
    抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う
    ステップを含む情報処理方法。
15. 被測定者の生体インピーダンスと心電図信号を同時に測定し、
    測定された前記心電図信号から心臓の周期的な動きを示す心臓鼓動パターンを抽出する動作を、測定された前記生体インピーダンスに基づいて制限しつつ実行し、
    抽出された前記心臓鼓動パターンを用いて所定の処理を行う
    ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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