JP2016097237A - 生体信号検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体信号を適切に測定することが可能な生体信号計測装置を提供すること。
【解決手段】使用時にユーザが保持する筐体（２９）と、前記筐体に設けられ、ユーザの身体部位（１７）に接触して生体信号を取得する生体信号取得ユニット（３）と、前記筐体の動き又は傾きを検出する動き検出ユニット（５）と、前記動き又は傾きを反映して変位するマーカ（３３、１３３、２３３、３３３）を表示するマーカ表示ユニット（２５）と、を備えることを特徴とする生体信号計測装置（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は生体信号検出装置に関する。

従来、ユーザの身体部位をセンサに接触させ、脈波信号を取得する装置が知られている。この装置において、身体部位とセンサとの接触圧（以下、センサ接触圧とする）が適正でないと、脈波信号の振幅が低下してしまう。ユーザの体動が大きいと、センサ接触圧が不安定になりやすい。

特許文献１記載の技術では、加速度センサを用いてユーザの体動を判定し、体動が安定していないと判定した場合に、「静止してください」という指示を画面に表示する。

特開２０１３−２０２０５９号公報

しかしながら、「静止してください」という指示は、ユーザにとって、心理的ストレス要因になりうる。特に、高齢者等の場合、自分では静止しているつもりでも体が揺れてしまうことがある。自分では静止しているつもりのユーザにとって、「静止してください」という指示は、受け入れがたい命令と感じられ、心理的ストレス要因となる。測定中に心理的ストレスを受けてしまうと、生体信号を適切に測定することが困難となる。また、計測期間中、何もせずに安静にし続けていることはユーザにとって心理的な苦痛である場合がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、上記の課題を解決できる生体信号検出装置を提供することを目的とする。

本発明の生体信号検出装置は、使用時にユーザが保持する筐体と、筐体に設けられ、ユーザの身体部位に接触して生体信号を取得する生体信号取得ユニットと、筐体の動き又は傾きを検出する動き検出ユニットと、動き又は傾きを反映して変位するマーカを表示するマーカ表示ユニットとを備えることを特徴とする。

生体信号計測装置は、筐体の動き又は傾きを反映して変位するマーカを表示部に表示する。ユーザは、マーカの位置が安定するように、筐体を保持する。その結果、筐体の動きが抑制されるか、筐体の傾きが一定に保たれ、ユーザの体動が抑制されるので、計測を正確に行うことができる。

また、ユーザは、ゲームを行っているような感覚で、マーカの位置を安定させようとする。そのため、ユーザは、楽しく、且つ集中して計測を行うことができ、過度な心理的ストレスを受けにくいので、結果として、体動を抑制し、計測を正確に行うことができる。

生体信号計測装置１の構成を表すブロック図である。 生体センサ３の構成を表す説明図である。 生体信号計測装置１の構成を表す斜視図である。 ユーザが生体信号計測装置１の筐体２９を片手で保持した状態を表す斜視図である。 生体信号計測装置１が実行する処理を表すフローチャートである。 マーカ３３、及びターゲット３５、３７、３９の態様を表す説明図である。 表示部１１の表示例を表す説明図である。 マーカ１３３の態様を表す説明図である。 マーカ２３３の態様を表す説明図である。 マーカ３３３、及びターゲット３３５、３３７の態様を表す説明図である。

本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
１．生体信号計測装置１の構成
生体信号計測装置１の構成を図１〜図４に基づき説明する。生体信号計測装置１は、図１に示すように、生体センサ３、動きセンサ５、圧力センサ７、演算ユニット９、表示部１１、及び電源部１３を備える。

生体センサ３は、脈波信号（生体信号の一例）を測定するセンサである。図２に示すように、生体センサ３は、緑色の光（５０００Å〜８０００Åの波長を含む光）を出射する発光部１５を備え、その光を、後述する筐体２９を保持するユーザの指先１７（身体部位の一例）に照射する。また、生体センサ３は、照射した光が指先１７における毛細血管１９内で反射された反射光を受光部２１で受光し、受光した光に対応する電気信号（脈波信号）を出力する。

動きセンサ５は３次元加速度センサである。動きセンサ５は、生体信号計測装置１の動き（特に加速度運動）及び傾きを検出する。
圧力センサ７は、生体センサ３に対するユーザの指先１７の接触圧力（接触状態の一例）を検出する。圧力センサ７は、接触状態検出ユニットの一例である。

演算ユニット９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えた周知のコンピュータである。演算ユニット９は、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより、後述する処理を実行する。演算ユニット９は、機能的に、生体信号解析ユニット２３、マーカ表示ユニット２５、及び接触状態判断ユニット２７を有する。各ユニットの機能は後述する。

表示部１１は画像を表示可能な液晶ディスプレイである。電源部１３は演算ユニット９に電力を供給する。
図３、図４に示すように、生体信号計測装置１は、ユーザが片手で保持可能な筐体２９を備える。筐体２９は矩形形状を有する。生体センサ３及び表示部１１は、筐体２９における１つの面である正面３１に設けられている。動きセンサ５、圧力センサ７、演算ユニット９、及び電源部１３は筐体２９に内蔵されている。図４に示すように、ユーザが片手で筐体２９を保持したとき、ユーザの指先１７を生体センサ３に接触させることができる。

２．生体信号計測装置１が実行する処理
生体信号計測装置１が実行する処理を図５〜図７に基づき説明する。この処理は、筐体２９に設けられた計測開始スイッチ（図示略）をユーザが操作したときに開始される。この処理を行うとき、ユーザは片手で筐体２９を保持し、指先１７を生体センサ３に接触させておく。

図５のステップ１では、生体信号解析ユニット２３が、生体センサ３を用いて、ユーザの指先１７から脈波信号を取得する。
ステップ２では、マーカ表示ユニット２５が、動きセンサ５を用いて、筐体２９の傾きを検出する。

ステップ３では、マーカ表示ユニット２５が、マーカ、及びターゲットを表示部１１に表示する。この表示を図６に基づき説明する。図６に示すように、表示部１１には、円形のマーカ３３と、複数のターゲット３５、３７、３９とが表示される。表示部１１におけるマーカ３３の位置は、前記ステップ２で検出した筐体２９の傾きを反映して変位する。

すなわち、前記ステップ２で検出した筐体２９の傾きが、正面３１と水平面とを一致させるものである場合は、マーカ３３は中心位置４１にある。一方、前記ステップ２で検出した筐体２９の傾きが、正面３１と水平面とを一致させないものである場合、マーカ３３の位置は、中心位置４１からずれる。そのずれの大きさは、正面３１と水平面とが成す角度に比例して大きくなる。また、マーカ３３が中心位置４１からずれる方向は、正面３１において上方から下方に傾斜している方向である。

ターゲット３５、３７、３９は、表示部１１において常に一定の場所に表示され、それらの形状及び大きさも常に一定である。ターゲット３５、３７、３９は、それぞれ、円形状を有し、それらの直径は、ターゲット３５で最も小さく、ターゲット３９で最も大きく、ターゲット３７ではそれらの中間である。ターゲット３５、３７、３９は、中心位置４１を中心に、同心円状に配置されている。ターゲット３５、３７、３９は、基準範囲の表示の一例である。

マーカ３３が中心位置４１にあるとき、マーカ３３は、ターゲット３５内にある。中心位置４１にあるマーカ３３が、中心位置４１から徐々に遠ざかると仮定したとき、マーカ３３は、まず、ターゲット３５の外に移動し、次に、ターゲット３７の外に移動し、最後に、ターゲット３９の外に移動する。

表示部１１には、図６に示すように、計測開始時点からの経過時間（計測時間）と、計測終了までの残り時間（「あと５秒」）も表示する。
図５に戻り、ステップ４では、前記ステップ３で表示したマーカ３３の位置が、所定の範囲（例えば、ターゲット３５の内側）にあるか否かを、マーカ表示ユニット２５が判断する。所定の範囲内である場合はステップ６に進み、所定の範囲外である場合はステップ５に進む。

ステップ５では、マーカ表示ユニット２５が、筐体２９の傾きが大きいことをユーザに報知するための表示を表示部１１に行う。なお、報知は音により行ってもよい。
ステップ６では、接触状態判断ユニット２７が、圧力センサ７を用いて、生体センサ３に対するユーザの指先１７の接触圧力を検出する。そして、その接触圧力が予め設定された閾値以上であるか否かを判断する。閾値以上である場合はステップ８に進み、閾値未満である場合はステップ７に進む。

ステップ７では、接触状態判断ユニット２７が、接触圧力が小さすぎることをユーザに報知するための表示を表示部１１に行う。なお、報知は音により行ってもよい。
ステップ８では、脈波信号を必要な回数計測し終わったか否かを判断する。計測し終わった場合はステップ９に進み、それ以外の場合はステップ１に進む。

ステップ９では、生体信号解析ユニットが、前記ステップ１の処理の繰り返しにより取得した脈波信号を解析し、計測結果（脈拍数、最高血圧、最低血圧）を算出する。
ステップ１０では、マーカ表示ユニット２５が、ポイントを計算する。このポイントとは、計測期間中において、マーカ３３が中心位置４１にどれだけ近かったかを表すパラメータである。

マーカ表示ユニット２５は、表示部１１におけるマーカ３３の位置を入力すると、その時点でのポイントを出力する関数を予め備えている。この関数は、その時点でのマーカ３３の位置が中心位置４１に近いほど、大きいポイントを出力する。マーカ表示ユニット２５は計測期間中、繰り返し、その時点でのマーカ３３の位置を上記の関数に入力し、その時点でのポイントを取得する。そして、計測期間中の全ポイントを合計したものを最終的なポイントとし、表示部１１に表示する。

ステップ１１では、生体信号解析ユニットが、前記ステップ９で算出した計測結果を表示部１１に表示する。また、マーカ表示ユニット２５が、前記ステップ１０で計算したポイントを表示部１１に表示する。表示の例を図７に示す。

ステップ１２では、前記ステップ９で算出した計測結果と、前記ステップ１０で計算したポイントとを記憶する。
３．生体信号計測装置１が奏する効果
（１Ａ）生体信号計測装置１は、筐体２９の傾きを反映して変位するマーカ３３を表示部１１に表示する。ユーザは、マーカ３３の位置が中心位置４１付近で安定するように（すなわち、正面３１が水平面と一致するように）、筐体２９を保持する。

その結果、筐体２９の傾きが一定に保たれ、ユーザの体動が抑制されるので、計測を正確に行うことができる。
また、ユーザは、ゲームを行っているような感覚で、マーカ３３の位置を中心位置４１付近に維持しようとする。そのため、ユーザは、楽しく、且つ集中して計測を行うことができ、過度な心理的ストレスを受けにくいので、結果として、体動を抑制し、計測を正確に行うことができる。

（１Ｂ）生体信号計測装置１は、表示部１１にターゲット３５、３７、３９を表示する。そのため、ユーザは、マーカ３３とターゲット３５、３７、３９との位置関係に基づき、マーカ３３が中心位置４１からどれだけ変位しているのかを容易に理解することができる。

（１Ｃ）生体信号計測装置１は、３次元加速度センサである動きセンサ５を備える。そのことにより、生体信号計測装置１は、筐体２９の傾きを容易に検出することができる。
（１Ｄ）生体信号計測装置１は、圧力センサ７により、生体センサ３に対するユーザの指先１７の接触圧力を検出し、その検出圧力が閾値より低い場合はユーザ報知を行う。そのことにより、生体センサ３に対するユーザの指先１７の接触圧力を適切な範囲に維持し、計測を一層正確に行うことができる。

（１Ｆ）生体信号計測装置１は、計測期間中において、マーカ３３が中心位置４１にどれだけ近かったかを表すポイントを計算し、表示する。ユーザは、ゲームを行っているような感覚で、高いポイントを獲得するために、一層集中して計測を行う。その結果、体動を一層抑制し、計測を一層正確に行うことができる。
＜第２の実施形態＞
１．生体信号計測装置１の構成
本実施形態の生体信号計測装置１の構成は前記第１の実施形態と同様である。

２．生体信号計測装置１が実行する処理
本実施形態の生体信号計測装置１が実行する処理は基本的には前記第１の実施形態と同様である。以下では、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

本実施形態では、前記ステップ３において、図８に示すマーカ１３３を表示部１１に表示する。マーカ１３３は、４つの矩形１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ、１３３Ｄを上下方向に積み上げた形態を有する。

筐体２９における正面３１と水平面とが一致する場合、矩形１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ、１３３Ｄは、図８における点線で示すように、左右方向おける位置がずれることなく、真上に向けて積み上げられる。一方、正面３１と水平面とが一致しない場合、図８における実線で示すように、矩形１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ、１３３Ｄは、左右方向における一方にずれながら積み上げられる。そのずれの量は、正面３１と水平面とが成す角度に比例して大きくなる。すなわち、矩形１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ、１３３Ｄの左右方向におけるずれの量は、筐体２９の傾きを反映している。

３．生体信号計測装置１が奏する効果
本実施形態の生体信号計測装置１は、前記第１の実施形態の効果（１Ａ）、（１Ｃ）、（１Ｄ）、（１Ｆ）を奏することができる。
＜第３の実施形態＞
１．生体信号計測装置１の構成
本実施形態の生体信号計測装置１の構成は前記第１の実施形態と同様である。

２．生体信号計測装置１が実行する処理
本実施形態の生体信号計測装置１が実行する処理は基本的には前記第１の実施形態と同様である。以下では、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

本実施形態では、前記ステップ２において、筐体２９の加速度運動を検出する。
前記ステップ３では、図９に示すマーカ２３３を表示部１１に表示する。マーカ２３３は、錘を模した錘部２３３Ａと、紐を模した紐部２３３Ｂとから成る。マーカ２３３は、全体として、錘部２３３Ａを紐部２３３Ｂで吊り下げた振り子の態様を有する。

筐体２９の加速度が０の場合、錘部２３３Ａは最も低い位置で静止し、紐部２３３Ｂも静止している。一方、筐体２９が加速度運動をしている場合、マーカ２３３は振り子運動をする。その振り子運動の振幅は、筐体２９の加速度運動における加速度の大きさに比例する。すなわち、振り子振動の振幅は、筐体２９の加速度を反映している。

３．生体信号計測装置１が奏する効果
本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果（１Ｄ）、（１Ｆ）に加え、以下の効果が得られる。

（３Ａ）生体信号計測装置１は、筐体２９の加速度を反映して振り子運動するマーカ２３３を表示部１１に表示する。ユーザは、マーカ２３３を静止させるように（すなわち、筐体２９を静止させるように）、筐体２９を保持する。

その結果、筐体２９の動きが抑制され、ユーザの体動も抑制されるので、計測を正確に行うことができる。
また、ユーザは、ゲームを行っているような感覚で、マーカ２３３を静止させようとする。そのため、ユーザは、楽しく、且つ集中して計測を行うことができ、過度な心理的ストレスを受けにくいので、結果として、体動を抑制し、計測を正確に行うことができる。

（３Ｂ）生体信号計測装置１は、３次元加速度センサである動きセンサ５を備える。そのことにより、生体信号計測装置１は、筐体２９の加速度運動を容易に検出することができる。
＜第４の実施形態＞
１．生体信号計測装置１の構成
本実施形態の生体信号計測装置１の構成は前記第１の実施形態と同様である。

２．生体信号計測装置１が実行する処理
本実施形態の生体信号計測装置１が実行する処理は基本的には前記第１の実施形態と同様である。以下では、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

本実施形態では、前記ステップ３において、図１０に示す円形のマーカ３３３と、ターゲット３３５、３３７を表示部１１に表示する。
ターゲット３３５、３３７は、それぞれ、水平線であり、それらの間には一定の間隔が存在する。マーカ３３３は、ターゲット３３５とターゲット３３７との間に存在する。

計測期間中、マーカ３３３は、左右方向においては、時間の経過とともに、左から右に移動する。計測が終了するとき、マーカ３３３は、表示部１１の右側にある終了線３３９に到達する。

マーカ３３３の上下方向における位置は、以下のように決まる。筐体２９における正面３１と水平面とが一致する場合、マーカ３３３は、ターゲット３３５、３３７の中間に位置する。一方、正面３１と水平面とが一致しない場合、マーカ３３３は、時間の経過とともに、ターゲット３３５又はターゲット３３７に近づいてゆく。マーカ３３３が一旦ターゲット３３５又はターゲット３３７に近づいた後、正面３１と水平面とを一致させれば、マーカ３３３は、ターゲット３３５、３３７の中間の位置に戻る。

３．生体信号計測装置１が奏する効果
本実施形態の生体信号計測装置１は、前記第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｆ）に加え、以下の効果を奏する。

（４Ａ）マーカ３３３は、時間の経過とともに、左から右に移動し、計測が終了するとき、終了線３３９に到達する。ユーザは、マーカ３３３の左右方向における位置と、終了線３３９の位置との関係から、計測の残り時間を容易に理解することができる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）前記第１〜第４の実施形態において、生体センサ３は、脈波センサ以外のものであてもよく、例えば、電極等であってもよい。また、生体センサ３は、心電図、筋電図、血流、及び皮膚電位のうちのいずれか１以上の生体信号を検出するものであってもよい。

（２）前記第１〜第４の実施形態において、圧力センサ７の代わりに、静電センサ、又は温度センサを備え、それにより、生体センサ３とユーザの身体部位との接触状態を検出してもよい。

（３）前記第１〜第４の実施形態において、生体センサ３と接触する身体部位は、指先以外（例えば、手首、掌、胸部等）であってもよい。
（４）前記第１〜第４の実施形態において、動きセンサ５は、加速度センサ以外のものであってもよい。

（５）前記第１〜第４の実施形態において、ポイントを外部に送信し、そのポイントの大きさに応じてユーザが利益を得られるようにしてもよい。また、ポイントを生体信号計測装置１内に記憶しておき、その記憶したポイントの大きさに応じてユーザが利益を得られるようにしてもよい。

（６）前記第１、２、４の実施形態では、筐体２９の加速度運動を検出し、その加速度運動に応じてマーカを変位させてもよい。また、前記第３の実施形態では、筐体２９の傾きを検出し、その傾きに応じてマーカを変位させてもよい。

（７）前記第１〜第４の実施形態において、マーカの変位の態様は、他のものであってもよい。マーカの変位の態様は、例えば、筐体２９の加速度運動を反映し、マーカの変位の態様から、筐体２９の加速度の大きさを読み取れるものとすることができる。筐体２９の加速度が一定である場合、マーカは一定の位置で静止していてもよいし、加速度に応じた態様で連続的に又は間欠的に移動していてもよい。

マーカの変位の態様は、例えば、筐体２９の傾きを反映し、マーカの変位の態様から、筐体２９の傾きを読み取れるものとすることができる。筐体２９の傾きが一定である場合、マーカは一定の位置で静止していてもよいし、傾きに応じた態様で連続的に又は間欠的に移動していてもよい。

（８）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（９）上述した生体信号計測装置の他、当該生体信号計測装置を構成要素とするシステム、当該生体信号計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、生体信号計測方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…生体信号計測装置、３…生体センサ、５…動きセンサ、７…圧力センサ、９…演算ユニット、１１…表示部、１３…電源部、１５…発光部、１７…指先、１９…毛細血管、２１…受光部、２３…生体信号解析ユニット、２５…マーカ表示ユニット、２７…接触状態判断ユニット、２９…筐体、３１…正面、３３、１３３、２３３、３３３…マーカ、３５、３７、３９、３３５、３３７…ターゲット、３３９…終了線

Claims (6)

1. 使用時にユーザが保持する筐体（２９）と、
   前記筐体に設けられ、ユーザの身体部位（１７）に接触して生体信号を取得する生体信号取得ユニット（３）と、
   前記筐体の動き又は傾きを検出する動き検出ユニット（５）と、
   前記動き又は傾きを反映して変位するマーカ（３３、１３３、２３３、３３３）を表示するマーカ表示ユニット（２５）と、
   を備えることを特徴とする生体信号計測装置（１）。
2. 請求項１に記載の生体信号計測装置であって、
   前記マーカ表示ユニットは、前記マーカとともに、前記マーカの変位に関する基準範囲（３５、３７、３９、３３５、３３７）を表示することを特徴とする生体信号計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の生体信号計測装置であって、
   前記動き検出ユニットは加速度センサであることを特徴とする生体信号計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体信号計測装置であって、
   前記生体信号は、心電図、筋電図、脈波、血流、及び皮膚電位から成る群から選択される１以上であることを特徴とする生体信号計測装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体信号計測装置であって、
   前記生体信号取得ユニットとユーザとの接触状態を検出する接触状態検出ユニット（７）を備えることを特徴とする生体信号検出装置。
6. 請求項５に記載の生体信号計測装置であって、
   前記接触状態検出ユニットは、圧力センサ、静電センサ、及び温度センサのうちのいずれかであることを特徴とする生体信号検出装置。