JP2013138824A

JP2013138824A - 生理信号を収集する改良装置

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Publication number: JP2013138824A
Application number: JP2012097415A
Authority: JP
Inventors: Jeng-Chung Chen; 政宗陳; Hakusho Kaku; 博昭郭
Original assignee: VICON HEALTHCARE INTERNATL Inc
Current assignee: VICON HEALTHCARE INTERNATL Inc
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US8538511B2; US20130172766A1; CN103190894A; JP3190388U; TWM432391U

Abstract

【課題】生理信号を収集する改良装置を提供する。
【解決手段】本体と、本体の両側にそれぞれ設置され、指をその中に押圧するための指信号取得装置を含む生理信号を収集する改良装置であって、指信号取得装置は、指と接触した際に生理信号を収集して電子メッセージにする電極素子を設けている指接触部材と、前記指接触部材の上方に設けている受入部材と、前記受入部材と接続し、その弾力によって前記受入部材を一定の角度に開き、自発的に指を前記指接触部材と前記受入部材の間に挟入する弾力部材と、を含むことを特徴とする生理信号を収集する改良装置。
【選択図】図１

Description

本発明は生理信号を収集する改良装置に関する。

近年の電子医療の趨勢及び現代医療思想の趨向は、病院側が看護を提供することから患者側を満足させることに徐々に変わりつつあり、即ち、患者を中心として問題を解決することに重心が置かれている。近年先進国の医療支出は膨大で、医療支出を抑えるため、患者の自立生活を促す思考、患者イネーブリング・テクノロジー（ＰａｔｉｅｎｔＥｎａｂｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の発展がひとつの趨勢となっており、そのため患者の在宅医療看護用品が小型化、携帯性や利便性に趨向した発展をしている。また、前記発展以外、近年の情報技術やネットワーク通信技術の発達に加え、健康情報評価を備えたプラットフォームであるHealth2.0のコンセプトも徐々に形になっており、つまりは、体の具合に対して情報を提供するクラウドプラットフォームであり、健康看護のコンセプトを自己で行う測定から、プラットフォームが提供する情報で健康目標及び健康促進を補助することになっている。

「自律神経系」（ａｕｔｏｎｏｍｉｃｎｅｒｖｏｕｓｓｙｓｔｅｍ，ＡＮＳ）は人体の中で非常に複雑な神経系であって、人体の毎日の働きに密接しており、例えば、心拍、血圧、呼吸、さらに体温調節、腸胃の運動、排泄機能などの神経系と自律神経系とは重要な関わりを持っている。自律神経系は、主に交感神経系と副交感神経系とに分かれており、両神経系はお互いに拮抗的に働き、体内の重要な器官の正常な働きを維持している。これらの作用は、アクセルとブレーキのように、体にストレスを感じたとき、交感神経系は活性化し、ストレスに対抗できる反応力を体に与えており、その逆もまた同様である。しかし、一部の特殊な場合において、交感神経の緊張が持続すると、末端血管の収束が持続され、血行障害が発生するとともに、代謝障害が引き起こされて、肩こりや筋肉痛の症状等が発生する。これに対して、副交感神経の緊張が持続すると、気管支の筋肉が収束して、呼吸困難または喘息のような症状が発生する。要するに、例えば自律神経失調症になると、生活能力が衰え、大脳新皮質及び辺縁系に影響を与えて、不安感、意欲の衰えや集中力の衰えなどのいろいろな急性或いは慢性の疾患が引き起こされ、例えば心臓病や高血圧などでは、深刻になると急死になる恐れがあるため、自律神経のケアは医学上重要視されつつある。

心拍変動性（ＨｅａｒｔＲａｔｅＶａｒｉａｂｉｌｉｔｙ）または心拍変動解析は、連続的心拍数の変動を測定する方法である。主に心電図や脈拍を測定することで得られる心拍と心拍間隔の時系列を計算して解析することである。心臓は自身の周期的な放電による鼓動以外に、自律神経系の働きによる影響もある。過去二十年、既にたくさんの文献から、自律神経系の働きは、心血管疾患による死亡率と顕著な関係があり、例えば、心臓突然死、高血圧、出血性ショック、敗血性ショックなどがあることが開示されている。

従来、使用者が心拍変動性を測定するときに、両腕または胸元の適切な位置に電極パッドを付けているが、使用者にとって、電極パッドの収納や携帯は便利ではなく、さらに、電極パッドは長期にわたり空気に暴露されており、汚れやすく、頻繁に交換を行わなければならない。

また、多くの指圧で測定するＨＲＶ（心拍数変動指数）測定器が市販されているが、測定結果の精度は低い。その原因は、使用者が自発的に５分間の指圧をして測定を行わなければならない設計のため、使用者は長時間指圧を行うことによる不快感で指をたびたび動かしてしまい、測定器に指が正しく指圧されていないので信号を測定することができない。

従って、前記各種の生理信号の測定装置の構造設計の不備を鑑みると、使用者に便利性をもたらすものではないため、本発明者は研究を重ね使用者のために、実用性のある生理信号を収集する改良装置を提供する。

このため、本発明者は従来の生理信号の測定装置の欠点を改善し、現在の市場のニーズに合わせ、また関連する技術分野の経験を活用して、本発明を作成した。

本発明は、本体と、本体の両側にそれぞれ設置され、指をその中に押圧するための指信号取得装置を含む生理信号を収集する改良装置であって、指信号取得装置は、指と接触した際に生理信号を収集して電子メッセージにする電極素子を設けている指接触部材と、前記指接触部材の上方に設けている受入部材と、前記受入部材と接続し、その弾力によって前記受入部材を一定の角度に開き、自発的に指を前記指接触部材と前記受入部材の間に挟入する弾力部材、を含むことを特徴とする生理信号を収集する改良装置。

本発明で述べられている前記弾力部材について、ばね、天然ゴム、及び／或いは合成ゴムであってよく、また、これに限らない。

本発明で述べられている前記指は、どの指であってもよい。

本発明の生理信号を収集する改良装置について、前記本体は使用者が持ち易い円弧状で、前記指接触部材の内側は凹状で、前記指接触部材と前記受入部材、或いはそのいずれかが指の形に合わせ、指を前記指信号取得装置に挟む弧状であって、また、これらの形状に限らない。

本発明で述べている前記本体の内部について、前記電極素子に接続されている電路素子を含み、前記電路素子によって前記生理信号を分析しており、前記電路素子は、アンプ、バンドパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ及び生理信号分析チップを含み、生理信号を収集、測定或いは記録している。

本発明の生理信号を収集する改良装置はクラウドプラットフォームと合わせることができ、前記クラウドプラットフォームは、生理信号データを記憶する記憶部材を有しており、使用者の生理信号を前記クラウドプラットフォームに送信することで、前記クラウドプラットフォームによって比較と分析が行われ、また、クラウドプラットフォームとは限らない。

本発明で述べられている生理信号は、心電信号、筋電信号、心拍数（ＨＲ）、標準偏差（ＳＤ）、交感神経（ＬＦ）、副交感神経（ＨＦ）、或いは低周波成分（％）、即ち、交感神経活性の指標などの心拍変動信号である。

本発明の生理信号を収集する改良装置について、前記本体の前部端面に使用者の生理信号のデータを表示するパネルを設置し、前記本体の後部端面に前記改良装置の電力を提供する電池装着部を設置している。

本発明の生理信号を収集する改良装置について、前記本体はさらにコンピュータ、ＰＤＡ或いは携帯電話等に接続するユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）を接続するスロットを少なくとも一つ設置しており、他方のスロットは使用者の皮膚に貼り付けることを提供し生理信号を測定する電極片を少なくとも一つに電気的に接続することができる電極アダプタが接続されている。

本発明を使用することによって、使用者に不快感や不便を与えることなく、正確に生理信号を測定でき、ユニバーサルシリアルバスによって各種端末に接続することができるため、便利性や実用性等が格段に向上している。

なお、本発明が採用した技術、手段及び効果については、好適な実施例を例示し、図面と合わせて、以下のとおりに詳細に説明することで、本発明の前記目的、構造及び特徴を具体的に理解することができる。

本発明の生理信号を収集する改良装置の図面である。本発明の指信号取得装置の模式図である。

本発明の好適な実施例を図面と参照しつつ、以下のとおりに詳細に説明しており、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の幾つかある態様及び特徴の一例として表したに過ぎない。

本発明の生理信号を測定する改良装置を詳細に説明するため、図１及び図２で開示していることを参照している。本発明は、本体２０と、本体の両側にそれぞれ設置され、指をその中に押圧するための指信号取得装置３０とを含む生理信号を収集する改良装置１０であって、指信号取得装置３０は、指と接触した際に生理信号を収集して電子メッセージにする電極素子４１を設けている指接触部材４０と、前記指接触部材４０の上方に設けている受入部材５０と、前記受入部材５０と接続し、その弾力によって前記受入部材５０を一定の角度に開き、自発的に指を前記指接触部材４０と前記受入部材５０の間に挟入することで指から正確な生理信号を得る弾力部材６０と、を含むでいる。

本発明の生理信号を収集する改良装置は、心電信号（ＥＣＧ）或いは心拍信号を収集することができ、前記心電信号をアンプによって500〜1000倍に増幅し、０．１６〜１６Hzのバンドパスフィルタによってフィルタリングをした後、電路素子に含まれたＡ／Ｄコンバータによって一秒256回の周波数でサンプリングを行う。デジタル処理がされた前記心電信号はプログラムによって人体の心拍変動解析が行われる。なお、心電信号をサンプリングする前には、必ずフィルタリングをし、ノイズ除去を行う。

心拍の心電信号は、一般的に最も大きな波形は、はじめに上へ偏向するＱ点と、先端のＲ点と、最後の底端のＳ点と、を有するＱＲＳ波である。ＱＲＳ識別プログラムにおいて、まずピーク検出プログラムで心電信号におけるＱＲＳ波を検出し、且つ各ＱＲＳ波の中から振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）や持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）などのパラメータを測定し、各パラメータの平均値と標準偏差を算出したものを標準テンプレートとして用いる。

次に各ＱＲＳ波をこのテンプレートと比較する。もしあるＱＲＳ波の比較結果が標準テンプレートの３標準偏差以上であると、ノイズ或いは異所性心拍（ｅｃｔｏｐｉｃ
ｂｅａｔ）と認定され削除される。その後、適合したＱＲＳ波のＲ点を心拍の時点として、心拍と心拍の間の時間差を心拍のＲ−Ｒ間隔（Ｒ-Ｒｉｎｔｅｒｖａｌ）とする。次に心拍周期のフィルタリングプログラムを行う。

まず、全ての心拍周期の平均値と標準偏差を算出し、全ての心拍周期のフィルタリングを行う。もしある心拍周期が４標準偏差以上であると、エラー或いは不安定信号と見なされ削除される。続いて、全ての適合する心電信号を７〜８Ｈｚの周波数でサンプリングと数値保持プログラムを行うことによって時間的連続性を保持する。はじめに、信号の直線流動を除去することで低周波数域の干渉を防ぎ、且つハミング（Ｈａｍｍｉｎｇ）計算を採用することで周波数域における各周波数成分がお互いにリークすることを防ぐ。次に288秒のデータ（2048点）を使って高速フーリエ変換（ｆａｓｔＦｏｕｒｉｅｒ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、心拍パワースペクトル密度（ｈｅａｒｔｒａｔｅｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ，ＨＰＳＤ）を得て、サンプリングとハミング計算とによる影響を補い誤差を減らす。ＨＰＳＤを積分方式によって、０．０４〜０．１５Ｈｚの間の低周波電力（ＬＦ）と０．１５〜０．４Ｈｚの間の高周波電力（ＨＦ）とを含む二つの帯域電力を定量化する。同時に高周波と低周波の総電力（ＴＰ）、低周波電力と高周波電力との比率（ＬＦ／ＨＦ）及び高周波と低周波の総電力に対する低周波のパーセンテージ（ＬＦ％）等の定量的パラメータを求め、そのうち、心臓の副交感神経活性に関する数値はＨＦ、心臓の交感神経活性に関する数値はＬＦ／ＨＦ或いはＬＦ％であって、ＬＦは交感神経と副交感神経機能の総合指標とされており、即ち自律神経機能の総合指標である。そのため、本発明は、測定結果をグラフィックインターフェイスで使用者に分かり易く伝えることができ、又使用者がＨＲＶの測定データについて判断できるか否かという恐れを排除することができる。

本発明の改良構造はクラウドプラットフォームと合わせることができ、前記クラウドプラットフォームにはＨＲＶのデータの分析と、管理と、データべースが統合されている。本発明の改良構造から得た情報は、通信技術によってクラウドサーバに送信され、クラウドサーバのデータベースと演算分析によって、使用者に健康状態を改善するための具体的なアドバイス、例えば、ストレス状態、運動、音楽、精油の使用、ストレス解消ソフトなど色々なリラックス方法をアドバイスする。

本発明のクラウドプラットフォームは、さらに複数の臨床研究のデータを提供することを基礎として、使用者のＨＲＶデータを長期的に記録を続けることもでき、データベースの内容の拡充と完全性の向上によって、本発明のプラットフォーム・データベースは動的且つ持続的となる。

本発明の改良構造の本体には、コンピュータ、ＰＤＡ或いは携帯に接続するユニバーサルシリアルバスを接続するスロット或いはスロット接続用電極アダプタ（２０２、２０３）が提供され、使用者は、無線或いは有線ネットワークによってクラウドプラットフォームにアクセスし、個人のＨＲＶのデータを取得することができる。

前記構造設計及び実施例で詳細に開示された態様によって、その発明に属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を製造及び使用することができ、たとえその中でいくつかの異なった変化、補正及び進歩があったとしても、本発明の精神と領域を逸脱していない。また、明細書で例示した特許は、本発明に関する分野における一般的な技術特徴であって、参考に過ぎないため、ここで適切に例示した実施例や発明は、何れかまたは多くの要件、制限条件或いは本文で開示された制限に特定されるものではない場合でも実施されることができる。なお、使われている名詞や表現は明細書の記述であって、制限されるものではないとともに、前記明細書の記述を使い、開示された及び説明された特徴、或いはその部分の名詞及び表現を排斥するものではないため、本発明の特許請求の範囲内で各種異なった変化をすることが可能である。

従って、本明細書は好適な実施例及び任意の特徴で本発明を具体的に開示してあるものの、その発明に属する技術の分野における通常の知識を有する者が開示された内容に変化や補正をすることができ、これらの変化や補正も本発明の特許請求の範囲内である。

１０本発明の改良装置
２０本体
３０指信号取得装置
４０指信号接触部材
４１電極素子
５０受入部材
６０弾力部材
２０１パネル
２０２スロット
２０３スロット接続用電極アダプタ

Claims

本体と、本体の両側にそれぞれ設置され、指をその中に押圧するための指信号取得装置を含む生理信号を収集する改良装置であって、
指信号取得装置は、指と接触した際に生理信号を収集して電子メッセージにする電極素子を設けている指接触部材と、
前記指接触部材の上方に設けている受入部材と、
前記受入部材と接続し、その弾力によって前記受入部材を一定の角度に開き、自発的に指を前記指接触部材と前記受入部材の間に挟入する弾力部材と、
を含むことを特徴とする生理信号を収集する改良装置。
前記本体の内部に、前記電極素子に接続された電路素子を含み、前記電路素子によって前記生理信号を分析することを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記弾力部材は、ばね、天然ゴム、及び／或いは合成ゴムであることを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記電路素子は、アンプ、バンドパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ及び生理信号分析チップを含むことを特徴とする請求項２に記載の生理信号を収集する改良装置。
クラウドプラットフォームと合わせることができ、前記クラウドプラットフォームは、生理信号データを記憶する記憶部材を有しており、使用者の生理信号を前記クラウドプラットフォームに送信することで、前記クラウドプラットフォームによって比較と分析が行われることを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前期生理信号は、心拍変動信号であることを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記本体の前部端面に、使用者の生理信号のデータを表示するパネルを設置することを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記本体の後部端面に、前記改良装置の電力を提供する電池装着部を設置することを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記本体は、ユニバーサルシリアルバスを接続するスロットを少なくとも一つ設置することを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記ユニバーサルシリアルバスは、コンピュータ、ＰＤＡ或いは携帯電話等に接続することを特徴とする請求項９に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記スロットは、使用者の皮膚に貼り付けることを提供し生理信号を測定する電極片を少なくとも一つに電気的に接続することができる電極アダプタが接続されていることを特徴とする請求項９に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記本体は使用者が持ち易い円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記指接触部材の内側は凹状であることを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。
前記指接触部材と前記受入部材は弧状であることを特徴とする請求項１に記載の生理信号を収集する改良装置。