JP2017108795A - 生体信号検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ネックバンドの長さを調節する機構を備えることなく、使用者の頸部の太さにかかわらず、使用者の頸部により安定的に装着することが可能な生体信号検出装置を提供する。【解決手段】血圧変動推定装置４（生体信号検出装置１）は、使用者の頸部の周方向に沿って装着可能なネックバンド１３と、ネックバンド１３に取り付けられ、生体信号を検出するセンサ部１１，１２と、両端部がネックバンド１３の内側面に接続された支持部材１６とを備えている。ネックバンド１３は、略Ｃ字状に形成され、両端部が互いに近づく方向に付勢される。支持部材１６は、可撓性を有し、ネックバンド１３の付勢力によって、ネックバンド１３に接続された両端部間の間隔が短くなるほど大きく円弧状に変形して、ネックバンド１３の内側（装着時には頸部方向）へ突出する。【選択図】図１

Description

本発明は、生体信号を検出する生体信号検出装置に関する。

近年、健康の管理や維持・増進に対する人々の関心が高まっている。そこでは、人々が、日常生活の中で、より手軽に例えば脈拍や心電などの生体情報を得られることが望まれている。ここで、特許文献１には、着脱が容易であり、心電位信号や血液の酸素飽和度などの生体情報を無拘束に検出することができる生体情報検出装置が開示されている。

この生体情報検出装置は、被験者の頸部後方に沿って装着可能なネックバンドと、該ネックバンドに設けられ、被験者がネックバンドを装着した場合に接触して生体情報（例えば心電位信号など）を検出する生体情報検出部とを備えている。また、この生体情報検出部は、ネックバンドの中央に設けられた１個の不関電極と、ネックバンドの両端に設けられた２個の関電極と、測定手段とを備えている。

特開２００７−２０２９３９号公報

ところで、頸部（首）の太さは個人差が大きい。そのため、頸部の太さによって、不関電極、関電極の接触状態が不安定になり（密着状態が変化し）、ノイズがのり易くなる又は生体信号を取得できなくなるおそれがある。そこで、上記生体情報検出装置では、ネックバンドが、アジャスト機構（スライド機構）等によってその長さを調整することにより、様々な太さの頸部に対応可能なようにすることが好ましいとしている。

しかしながら、複数の電極（不関電極、関電極）と測定手段とを接続するための配線等をネックバンド内に通す場合、アジャスト機構（スライド機構）には、これらの配線等に悪影響を及ぼすことなく伸縮することが要求される。その結果、アジャスト機構の構造が複雑化し、ネックバンドの大型化や重量の増大を招くおそれがある。そのため、ネックバンドの長さを調節するアジャスト機構を備えることなく、使用者の頸部にフィットさせる（頸部との接触を良好に保つ）ことが望まれていた。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ネックバンド型の生体信号検出装置において、ネックバンドの長さを調節する機構を備えることなく、使用者の頸部の太さにかかわらず、使用者の頸部により安定的に装着することが可能な生体信号検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る生体信号検出装置は、使用者の頸部の周方向に沿って装着可能なネックバンドと、ネックバンドに取り付けられ、生体信号を検出するセンサ部と、両端部がネックバンドの内側面に接続された支持部材とを備え、ネックバンドが、略Ｃ字状に形成され、両端部が互いに近づく方向に付勢され、支持部材が、ネックバンドの付勢力によって、ネックバンドの両端部が互いに近づく程、ネックバンドの内側へ突出することを特徴とする。

本発明に係る生体信号検出装置によれば、ネックバンドが、略Ｃ字状に形成され、両端部が互いに近づく方向（すなわち、装着時に使用者の頸部を挟持する方向）に付勢される。また、支持部材が、ネックバンドの付勢力によって、ネックバンドの両端部が互いに近づく程（すなわち、使用者の頸部が細く開き度合が小さくなる程）、ネックバンドの内側（装着時には頸部方向）へ突出する。そのため、使用者の頸部の太さに応じて、ネックバンドの内径及び支持部材の突出量が自動的（自律的）に調節される。その結果、ネックバンドの長さを調節する機構を備えることなく、使用者の頸部の太さにかかわらず、使用者の頸部により安定的に装着する（すなわち、センサ部と頸部との接触状態を良好に保つ）ことが可能となる。

特に、本発明に係る生体信号検出装置では、支持部材が、可撓性を有し、ネックバンドの付勢力によって、ネックバンドに接続された両端部間の間隔が短くなるほど、変形して、円弧状に、ネックバンドの内側へ突出することが好ましい。

この場合、支持部材が、可撓性を有し、ネックバンドの付勢力によって、ネックバンドに接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が短くなるほど、変形して、円弧状に、ネックバンドの内側（装着時には頸部方向）へ突出する。そのため、より簡易で小型・軽量な機構により、頸部の太さがそれぞれ異なる使用者に対しても安定して装着することが可能となる。

また、本発明に係る生体信号検出装置では、支持部材が、互いに揺動可能に接続された複数の連接部材を有し、ネックバンドの付勢力によって、ネックバンドに接続された両端部間の間隔が短くなるほど、ネックバンドとの間に形成される角度が大きくなるように揺動して、ネックバンドの内側へ突出することが好ましい。

この場合、支持部材が、互いに揺動可能に接続された複数の連接部材を有し、ネックバンドの付勢力によって、ネックバンドに接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が短くなるほど、ネックバンドとの間に形成される角度が大きくなるように揺動して、ネックバンドの内側（装着時には頸部方向）へ突出する。そのため、簡易で小型・軽量な機構により、頸部の太さがそれぞれ異なる使用者に対しても安定して装着することが可能となる。

本発明に係る生体信号検出装置では、センサ部が、装着時における使用者の頸部の軸方向及び／又は該軸方向と垂直な頸部前後方向を軸として揺動可能に取り付けられていることが好ましい。

この場合、センサ部が、装着時における使用者の頸部の軸方向及び／又は該軸方向と垂直な頸部前後方向を軸として揺動可能に取り付けられている。このように、センサ部が、使用者の頸部の軸方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の周方向に揺動可能）に取り付けられることにより、装着時に、例えば、頸部の太さが異なったとしても、センサ部を使用者の頸部に密着させることができる。また、例えば、頸部が捻られるといった動きに追従して接触面を保持することができる。その結果、頸部の太さなどの個人差や頸部の動きにかかわらず、センサ部と頸部との接触状態を良好に保つことが可能となる。また、この場合、センサ部が、頸部の軸方向と垂直な頸部前後方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の軸方向に揺動可能）に取り付けられることにより、装着時に、例えば、頸部が傾けられるといった動きに追従して接触面を保持することが可能となる。

又は、本発明に係る生体信号検出装置では、センサ部が、ネックバンドの短手方向及び／又は長手方向を軸として揺動可能に取り付けられていることが好ましい。

この場合、センサ部が、ネックバンドの短手方向及び／又は長手方向を軸として揺動可能に取り付けられている。このように、センサ部が、ネックバンドの短手方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の周方向に揺動可能）に取り付けられることにより、装着時に、例えば、頸部の太さが異なったとしても、センサ部を使用者の頸部に密着させることができる。また、例えば、頸部が捻られるといった動きに追従して接触面を保持することができる。その結果、頸部の太さなどの個人差や頸部の動きにかかわらず、センサ部と頸部との接触状態を良好に保つことが可能となる。また、この場合、センサ部が、ネックバンドの長手方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の軸方向に揺動可能）に取り付けられることにより、装着時に、例えば、頸部が傾けられるといった動きに追従して接触面を保持することが可能となる。

本発明に係る生体信号検出装置では、センサ部が、ネックバンド、及び／又は、支持部材の内側面に配設されていることが好ましい。

この場合、センサ部が、ネックバンド、及び／又は、支持部材の内側面（装着時には頸部側面と接触する側の面）に配設されている。そのため、使用者の頸部の太さが異なったとしても、該頸部にセンサ部を安定して接触させることができ、安定して生体信号を検出（測定）することが可能となる。

本発明によれば、ネックバンド型の生体信号検出装置において、ネックバンドの長さを調節する機構を備えることなく、使用者の頸部の太さにかかわらず、使用者の頸部により安定的に装着することが可能となる。

第１実施形態に係る生体信号検出装置を用いたネックバンド型の血圧変動推定装置の外観形状を示す平面図であり、（ａ）は、細い頸部に装着したときの形状を示し、（ｂ）は、太い頸部に装着したときの形状を示す図である。 第１実施形態に係る生体信号検出装置を用いたネックバンド型の血圧変動推定装置の外観（装着時）を示す斜視図である。 第１実施形態に係る生体信号検出装置を用いた血圧変動推定装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る生体信号検出装置を用いた血圧変動推定装置による血圧変動推定処理の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る生体信号検出装置を用いたネックバンド型の血圧変動推定装置の外観形状を示す平面図であり、（ａ）は、細い頸部に装着したときの形状を示し、（ｂ）は、太い頸部に装着したときの形状を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、ここでは、生体信号検出装置を血圧変動推定装置に適用した場合を例にして説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を併せて用いて、第１実施形態に係る生体信号検出装置１を用いた血圧変動推定装置３の構成について説明する。図１は、生体信号検出装置１を用いたネックバンド型の血圧変動推定装置３の外観形状を示す平面図であり、（ａ）は、細い頸部に装着したときの形状を示し、（ｂ）は、太い頸部に装着したときの形状を示す図である。また、図２は、生体信号検出装置１を用いたネックバンド型の血圧変動推定装置３の外観（装着時）を示す斜視図である。図３は、生体信号検出装置１を用いた血圧変動推定装置３の構成を示すブロック図である。

血圧変動推定装置３は、心電信号及び脈波信号を検出し、検出した心電信号（心電波）のＲ波ピークと脈波信号（脈波）のピーク（立ち上がり点）との時間差から脈波伝播時間を計測し、計測した脈波伝播時間の時系列データに基づいて、使用者の血圧の変動を推定する。特に、血圧変動推定装置３は、脈波伝播時間の計測中に使用者の姿勢が変化した場合であっても、連続して、より安定的に脈波伝播時間を取得する機能を有している。また、血圧変動推定装置３は、使用者の姿勢を検知して分類し、その分類結果に基づいて脈波伝播時間を補正し、補正後の脈波伝播時間の時系列データに基づいて、血圧の変動を推定する機能を有している。

そのため、血圧変動推定装置３は、主として、心電信号を検出するための一対の心電電極１５，１５、脈波信号を検出するための脈波センサ２０、使用者の姿勢を検知するための加速度センサ２２、及び、検出された心電信号と脈波信号から脈波伝播時間を計測・補正して血圧の変動を推定する信号処理部３１を備えている。

ここで、本実施形態では、図１，２に示されるように、血圧変動推定装置３をネックバンド型とした。血圧変動推定装置３は、例えば、図２に示されるように、使用者の頸部（首筋）に装着することにより脈波伝播時間の時系列データを取得して血圧の変動を推定するものである。血圧変動推定装置３は、使用者の頸部の後ろ側から頸部を挟むように弾性的に装着される概略Ｃ字形（或はＵ字形）のネックバンド１３と、両端部がネックバンド１３の内側面に接続され、装着時に使用者の頸部後方に当接される支持部材１６と、ネックバンド１３の両端に配設されることで使用者の頸部の両側に接触するセンサ部１１，１２と、支持部材１６に配設されることで使用者の頸部の後側正中線近傍に接触する光電脈波センサ（センサ部）２０とを備えている。

ネックバンド１３は、使用者の頸部の周方向に沿って装着可能なものである。すなわち、ネックバンド１３は、図２に示されるように、略Ｃ字状（或はＵ字形）に形成され、使用者の一方の頸部側方から他方の頸部側方まで、使用者の頸部後方に沿って装着される。より具体的には、ネックバンド１３は、例えば、帯状の板バネと、この板バネの周囲を覆うゴム被覆を有して構成されている。そのため、ネックバンド１３は、弾性を有し、両端部が互いに近づく方向に（開口部の幅が狭くなるように、すなわち、装着時には使用者の頸部を挟持する方向に）付勢されており、使用者がネックバンド１３を装着した場合に、ネックバンド１３が使用者の頸部に接触した状態で保持される。

なお、ゴム被覆としては、生体適合性を有するものを用いることが好ましい。また、ゴム被覆に代えて例えばプラスチックからなる被覆を用いることもできる。

支持部材１６は、例えば、角部が丸められた略帯状（或は円柱状）に形成された部材であり、その両端部がネックバンド１３の内側面に接続されている。特に、支持部材１６は、例えばゴム等の可撓性（或は弾性）を有する材質で形成されており、ネックバンド１３の付勢力によって、ネックバンド１３の両端部が互いに近づく程（開き度合が小さくなる程）、ネックバンド１３の内側（すなわち装着時には頸部方向）へ突出する。そのため、使用者の頸部に装着されるときに、支持部材１６は、ネックバンド１３の付勢力によって、弾性変形して、円弧状に、ネックバンド１３の内側（頸部方向）へ突出し（押し出され）、使用者の頸部後方に押し当てられる。

ここで、支持部材１６は、ネックバンド１３に接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が小さくなるほど（ネックバンド１３の両端部が互いに近づく程）、突出量が大きくなる。そのため、図１の（ａ）に示されるように、使用者の頸部が細い場合には、ネックバンド１３が閉じ、支持部材１６の両端部間の間隔（接続点間の距離）が小さくなり、頸部側への突出量が大きくなる。一方、図１の（ｂ）に示されるように、使用者の頸部が太い場合には、ネックバンド１３が左右に開き、支持部材１６の両端部間の間隔（接続点間の距離）が大きくなり、頸部側への突出量が小さくなる。

そのため、使用者の頸部（首）の太さにかかわらず、支持部材１６を使用者の頸部後方に当接させることができ、血圧変動推定装置３（ネックバンド１３及び支持部材１６）を安定して装着することができる。特に、装着時には、使用者の頸部の太さに応じてネックバンド１３が閉じるとともに、支持部材１６が頸部方向に押し出されるため、ネックバンド１３の両（左右）端部及び支持部材１６の３箇所（３点）で頸部を安定的に保持することができる。

ネックバンド１３の両端部の内側面にはセンサ部（接触部）１１，１２が取り付けられている。また、支持部材１６の内側面には光電脈波センサ２０が取り付けられている。ここで、センサ部１１，１２は、ネックバンド１３の短手方向及び／又は長手方向（または、使用者の頸部の軸方向及び／又は該軸方向と垂直な頸部前後方向）を軸として揺動可能に取り付けられていることが好ましい。より具体的には、例えば、球状頭部と、該球状頭部を保持するソケットとを有して構成されるボールジョイント（図示省略）によって、センサ部１１，１２それぞれが、ネックバンド１３の両端部に揺動回動自在に取り付けられている。

そのため、センサ部１１，１２それぞれは、ネックバンド１３の短手方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の周方向に揺動可能）になると同時に、ネックバンド１３の長手方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の軸方向に揺動可能）になる。なお、センサ部１１，１２それぞれは、ネックバンド１３の短手方向及び長手方向を軸として揺動可能であればよく、頸部の径方向を軸とする回転を制限（規制）する機構を設けてもよい。なお、同様にして、光電脈波センサ２０を、ネックバンド１３の短手方向及び／又は長手方向を軸として揺動可能に取り付けてもよい。

ネックバンド１３（ゴム被覆）及び支持部材１６の内部には、センサ部１１，１２（後述する心電電極１５，１５）及び光電脈波センサ２０並びに加速度センサ２２と信号処理部３１とを電気的に接続するケーブルが配線されている。ここで、ケーブルは、ノイズを低減するために、同軸とすることが望ましい。

センサ部１１，１２は、一対の心電電極１５，１５を有している。心電電極１５としては、例えば、銀・塩化銀、導電ゲル、導電ゴム、導電プラスチック、金属（ステンレス、Ａｕ等の腐食に強く金属アレルギーの少ないものが好ましい）、導電布、金属表面を絶縁層でコーティングした容量性結合電極等を用いることができる。ここで、導電布としては、例えば、導電性を有する導電糸からなる織物や編物、不織布が用いられる。また、導電糸としては、例えば、樹脂糸の表面をＡｇなどでめっきしたものや、カーボンナノチューブ・コーティングを施したもの、ＰＥＤＯＴなどの導電性高分子をコーティングしたものを用いることができる。また、導電性を有する導電性ポリマー糸を用いてもよい。なお、本実施形態では、心電電極１５として、矩形の平面状に形成した導電布１５を用いた。一対の心電電極１５，１５それぞれは、信号処理部３１と接続されており、心電信号を信号処理部３１へ出力する。

また、支持部材１６には、脈波伝播時間を取得しているときの使用者（頸部）の姿勢を検出する加速度センサ２２が取り付けられている。加速度センサ２２は、重力加速度Ｇがかかる方向（すなわち鉛直方向）を検知する３軸加速度センサであり、その検出信号から、使用者が、例えば、立っているのか、寝ているのかなどを判定することができる。

より具体的には、使用者の身体に対して、加速度センサ２２がどういう位置関係にあるのかを予めキャリブレーションしておき、例えば、加速度センサ２２の出力に対して、使用者が立っているときに重力加速度がかかる方向を下方向（鉛直方向）として座標変換することにより、使用者の姿勢を判定することができる。加速度センサ２２も、信号処理部３１と接続されており、検出信号（３軸加速度データ）を信号処理部３１へ出力する。なお、加速度センサ２２に代えて、例えば、ジャイロセンサ等を用いることもできる。

支持部材１６の内面（頸部と接触する面）には、加速度センサ２２の近傍に、発光素子２０１および受光素子２０２を有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサ２０が配設されている。光電脈波センサ２０は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出するセンサである。

上述したように、光電脈波センサ２０は、支持部材１６の略中央部に配設される。そのため、光電脈波センサ２０は、ネックバンド１３が使用者の頸部に装着されたときに（すなわち、脈波伝播時間が取得される際に）、使用者の頸部後側の正中線（又はその近傍）において頸部と接触する位置に配置される。なお、光電脈波センサ２０は、表面が、支持部材１６の表面と同一（又は略同一）となるように形成されている。

光電脈波センサ２０及び加速度センサ２２は、互いに近接して配設されており、使用時（計測時）には、使用者の頸部（首）に装着されることとなる。このように、光電脈波センサ２０と姿勢を判定するための加速度センサ２２とを同じ部位に装着することで、姿勢判定と脈波伝播時間の相関を高めることができる。また、手足等ではなく頸部に装着することで、手足の血管内血圧ではなく、脳卒中や心筋梗塞等のリスクと相関が高いと推測される頸部の血管内血圧の推定ができる。さらに、複数のセンサを別々の部位に装着するのではなく頸部に集約することで装着の煩雑さを低減でき、また日常行動への制約を小さくすることもできる。なお、加速度センサ２２は、光電脈波センサ２０の近傍に配置することが望ましいが、光電脈波センサ２０との相対位置が変動しない構造であれば、装置内の他の箇所に配置してもよい。

発光素子２０１は、後述する信号処理部３１の駆動部３５０から出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。発光素子２０１としては、例えば、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）、又は共振器型ＬＥＤ等を用いることができる。なお、駆動部３５０は、発光素子２０１を駆動するパルス状の駆動信号を生成して出力する。

受光素子２０２は、発光素子２０１から照射され、頸部を透過して、又は頸部に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。受光素子２０２としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が好適に用いられる。本実施形態では、受光素子２０２として、フォトダイオードを用いた。

受光素子２０２は、信号処理部３１に接続されており、受光素子２０２で得られた検出信号（光電脈波信号）は信号処理部３１に出力される。

また、センサ部１１の内部には、光電脈波センサ２０や、信号処理部３１、無線通信モジュール６０などに電力を供給するバッテリ（図示省略）が収納されている。センサ部１２の内部には、信号処理部３１、及び、血圧変動や、計測した脈波伝播時間、心電信号、光電脈波信号などの生体情報を外部の機器に送信する無線通信モジュール６０が収納されている。

上述したように、一対の心電電極１５，１５、及び光電脈波センサ２０それぞれは、信号処理部３１に接続されており、検出された心電信号及び光電脈波信号が信号処理部３１に入力される。また、加速度センサ２２も、信号処理部３１に接続されており、検出された３軸加速度信号が信号処理部３１に入力される。

信号処理部３１は、入力された心電信号を処理して、心拍数や心拍間隔などを計測する。また、信号処理部３１は、入力された光電脈波信号を処理して、脈拍数や脈拍間隔などを計測する。さらに、信号処理部３１は、検出した心電信号（心電波）のＲ波ピークと光電脈波信号（もしくは加速度脈波信号）のピーク（立ち上がり点）との時間差から脈波伝播時間等を計測する。そして、信号処理部３１は、計測した脈波伝播時間の時系列データ（変動）から使用者の血圧の変動を推定する。

そのため、信号処理部３１は、心電信号増幅部３１１、脈波信号増幅部３２１、第１信号処理部３１０、第２信号処理部３２０、ピーク検出部３１６，３２６、ピーク補正部３１８，３２８、脈波伝播時間計測部３３０、姿勢分類部３４０、脈波伝播時間変動取得部３４１、及び血圧変動推定部３４２を有している。また、上記第１信号処理部３１０は、アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４を有している。一方、第２信号処理部３２０は、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有している。

ここで、上述した各部の内、ディジタルフィルタ３１４，３２４、２階微分処理部３２５、ピーク検出部３１６，３２６、ピーク補正部３１８，３２８、脈波伝播時間計測部３３０、姿勢分類部３４０、脈波伝播時間変動取得部３４１、及び血圧変動推定部３４２は、演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、及び演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等により構成されている。すなわち、ＲＯＭに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、上記各部の機能が実現される。

心電信号増幅部３１１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、一対の心電電極（導電布）１５，１５により検出された心電信号を増幅する。心電信号増幅部３１１で増幅された心電信号は、第１信号処理部３１０に出力される。同様に、脈波信号増幅部３２１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、光電脈波センサ２０により検出された光電脈波信号を増幅する。脈波信号増幅部３２１で増幅された光電脈波信号は、第２信号処理部３２０に出力される。

第１信号処理部３１０は、上述したように、アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４を有しており、心電信号増幅部３１１で増幅された心電信号に対して、フィルタリング処理を施すことにより拍動成分を抽出する。

また、第２信号処理部３２０は、上述したように、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有しており、脈波信号増幅部３２１で増幅された光電脈波信号に対して、フィルタリング処理及び２階微分処理を施すことにより拍動成分を抽出する。

アナログフィルタ３１２，３２２、及び、ディジタルフィルタ３１４，３２４は、心電信号、光電脈波信号を特徴づける周波数以外の成分（ノイズ）を除去し、Ｓ／Ｎを向上するためのフィルタリングを行う。より詳細には、心電信号は一般的に０．１から２００Ｈｚの周波数成分、光電脈波信号は０．１から数十Ｈｚ付近の周波数成分が支配的であるため、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のアナログフィルタ３１２，３２２、及びディジタルフィルタ３１４，３２４を用いてフィルタリング処理を施し、上記周波数範囲の信号のみを選択的に通過させることによりＳ／Ｎを向上する。

なお、拍動成分の抽出のみを目的とする場合には、ノイズ耐性を向上するために通過周波数範囲をより狭くして拍動成分以外の成分を遮断してもよい。また、アナログフィルタ３１２，３２２とディジタルフィルタ３１４，３２４は必ずしも両方備える必要はなく、アナログフィルタ３１２，３２２とディジタルフィルタ３１４，３２４のいずれか一方のみを設ける構成としてもよい。なお、アナログフィルタ３１２、ディジタルフィルタ３１４によりフィルタリング処理が施された心電信号は、ピーク検出部３１６へ出力される。同様に、アナログフィルタ３２２、ディジタルフィルタ３２４によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号は、２階微分処理部３２５へ出力される。

２階微分処理部３２５は、光電脈波信号を２階微分することにより、２階微分脈波（加速度脈波）信号を取得する。取得された加速度脈波信号は、ピーク検出部３２６へ出力される。なお、光電脈波のピーク（立ち上がり点）は変化が明確でなく検出しにくいことがあるため、加速度脈波に変換してピーク検出を行うことが好ましいが、２階微分処理部３２５を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

ピーク検出部３１６は、第１信号処理部３１０により信号処理が施された（拍動成分が抽出された）心電信号のピーク（Ｒ波）を検出する。一方、ピーク検出部３２６は、第２信号処理部３２０によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号（加速度脈波）のピークを検出する。なお、ピーク検出部３１６、及びピーク検出部３２６それぞれは、心拍間隔、及び脈拍間隔の正常範囲内においてピーク検出を行い、検出したすべてのピークについて、ピーク時間、ピーク振幅等の情報をＲＡＭ等に保存する。

ピーク補正部３１８は、第１信号処理部３１０（アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４）における心電信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３１８は、求めた心電信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３１６により検出された心電信号のピークを補正する。同様に、ピーク補正部３２８は、第２信号処理部３２０（アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５）における光電脈波信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３２８は、求めた光電脈波信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３２６により検出された光電脈波信号（加速度脈波信号）のピークを補正する。補正後の心電信号のピーク、及び補正後の光電脈波信号（加速度脈波）のピークは、脈波伝播時間計測部３３０に出力される。なお、ピーク補正部３１８を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

脈波伝播時間計測部３３０は、ピーク補正部３１８により補正された心電信号のＲ波ピークと、ピーク補正部３２８により補正された光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの間隔（時間差）から脈波伝播時間を時系列的に取得する。

脈波伝播時間計測部３３０は、脈波伝播時間に加えて、例えば、心電信号から心拍数、心拍間隔、心拍間隔変化率等も算出する。同様に、脈波伝播時間計測部３３０は、光電脈波信号（加速度脈波）から脈拍数、脈拍間隔、脈拍間隔変化率等も算出する。なお、取得された脈波伝播時間の時系列データは、姿勢分類部３４０に出力される。

姿勢分類部３４０は、加速度センサ２２の検出信号（３軸加速度データ）に基づいて使用者の姿勢を判定（推定）するとともに、判定した姿勢に応じて、脈波伝播時間の時系列データを姿勢毎に分類する。例えば、姿勢分類部３４０は、脈波伝播時間の時系列データを、立位、倒立位、仰臥位、左側臥位、右側臥位、及び伏臥位を含む姿勢毎に分類する。なお、姿勢分類部３４０による脈波伝播時間の分類結果（分類された脈波伝播時間の時系列データ）は脈波伝播時間変動取得部３４１に出力される。

脈波伝播時間変動取得部３４１は、姿勢分類部３４０により姿勢毎に分類された脈波伝播時間の時系列データに基づいて、脈波伝搬時間の変動を求める。

より具体的には、脈波伝播時間変動取得部３４１は、まず、分類された姿勢の中から基準とする姿勢を設定し、該基準姿勢に合わせて、該基準姿勢と異なる姿勢に分類された脈波伝播時間の時系列データを補正する。そして、脈波伝播時間変動取得部３４１は、基準姿勢における脈波伝播時間の時系列データ、及び、補正された（補正後の）脈波伝播時間の時系列データに基づいて、脈波伝搬時間の変動を求める。

その際に、脈波伝播時間変動取得部３４１は、取得された脈波伝搬時間の時系列データの時間が最も長い姿勢を基準姿勢として設定する。そして、脈波伝播時間変動取得部３４１は、姿勢毎の脈波伝播時間の時系列データを曲線で近似したときの近似曲線の相関係数が大きくなるように（好ましくは最大となるように）、姿勢毎の脈波伝播時間の時系列データを補正し、補正後の時系列データから脈波伝播時間の変動を求める。このように、近似曲線の相関係数が大きくなるように、姿勢毎の脈波伝播時間を補正し、補正後の時系列データから脈波伝播時間の変動傾向を推定することで、姿勢変化がある場合でも長時間の脈波伝播時間変動傾向（血圧変動傾向）を煩雑な較正なしに推定できる。なお、上記近似曲線の求め方としては、例えば、最小二乗法を用いることができる。

なお、上述した方法に代えて、各姿勢毎の脈波伝播時間をそれぞれ時系列に並べ、それぞれについて近似曲線を求めてもよい。この場合、複数の近似曲線が算出されるが、所定の時間割合以上の姿勢の近似曲線のうち、その相関係数が大きい近似曲線を選択する。脈波伝播時間変動取得部３４１により取得された脈波伝播時間の変動データは、血圧変動推定部３４２に出力される。

血圧変動推定部３４２は、補正後の脈波伝播時間の変動データ、及び予め定められている脈波伝播時間と血圧との関係（相関式）に基づいて、血圧変動を推定する。ここで、血圧変動推定部３４２は、例えば、予め求めておいた基準姿勢での脈波伝播時間と血圧との相関式から血圧変動を推定することで、補正後の脈波伝播時間変動から血圧変動を推定することができる。

なお、血圧変動推定部３４２は、事前に、装着状態で姿勢判定のためのキャリブレーション、すなわち、加速度センサ２２の出力信号（鉛直方向）と、使用者の姿勢との関係のキャリブレーションを行うとともに、基準とする姿勢からの角度のずれ（ずれ角度）と、心臓から脈波測定部位（すなわち光電脈波センサ２０の装着部位）までの高さとの関係式を求めてＲＡＭ等のメモリに記憶し、脈波伝播時間の計測時（使用時）に、事前に行ったキャリブレーションの結果に基づいて、加速度センサ２２により検知された使用者の姿勢と、基準となる姿勢との角度のずれ（ずれ角度）を算出し、脈波伝播時間から血圧値を演算する際に、算出された角度のずれ（ずれ角度）と、予め記憶されている上記関係式とに基づいて、心臓から脈波測定部位（光電脈波センサ２０の装着部位）までの高さを求め、当該高さに応じて血圧値を補正してもよい。ただし、血圧値は必ずしも求めなくてもよい。

推定された血圧変動、血圧値をはじめ、算出された脈波伝播時間、心拍数、心拍間隔、脈拍数、脈拍間隔、光電脈波、加速度脈波、３軸加速度等の計測データは、ＲＡＭ等のメモリや無線通信モジュール６０等に出力される。ここで、これらの計測データは、メモリに保持しておき、日々の変動履歴と共に読み出せるようにしておいてもよいし、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やスマートフォン等の外部機器にリアルタイムに無線で送信するようにしてもよい。また、測定中は装置内のメモリに保存しておき、測定終了後に自動的に外部機器に接続してデータを送信する構成としてもよい。

次に、図４を参照しつつ、血圧変動推定装置３の動作について説明する。図４は、血圧変動推定装置３による血圧変動推定処理の処理手順を示すフローチャートである。図４に示される処理は、主として信号処理部３１によって所定のタイミングで繰り返して実行される。

血圧変動推定装置３が頸部に装着され、センサ部１１，１２（心電電極１５，１５）が頸部の左右に接触するとともに、支持部材１６が突出して、光電脈波センサ２０が頸部の後側正中線（又はその近傍）に接触すると、ステップＳ１００では、一対の心電電極１５，１５により検出された心電信号、及び光電脈波センサ２０により検出された光電脈波信号が読み込まれる。続くステップＳ１０２では、ステップＳ１００で読み込まれた心電信号、及び光電脈波信号に対してフィルタリング処理が施される。また、光電脈波信号が２階微分されることにより加速度脈波が取得される。

続いて、ステップＳ１０４では、例えば、光電脈波センサ２０の受光量に基づいて、脈波伝播時間計測装置１の装着状態の判定が行われる。すなわち、光電脈波センサ２０では、発光素子２０１から照射され、生体を透過して／生体で反射されて戻ってきた光を受光素子２０２で受けて、その光量の変動を光電脈波信号として検出するため、装置が適切に装着されていない状態では信号光の受光量が減少する。そこで、ステップＳ１０４では、受光量が所定値以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、受光量が所定値以上である場合には、ステップＳ１０８に処理が移行する。一方、受光量が所定値未満のときには、装着エラーと判定され、ステップＳ１０６において、装着エラー情報（ワーニング情報）が出力される。その後、本処理から一旦抜ける。なお、上述した光電脈波センサ２０の受光量を用いる方法に代えて、例えば、光電脈波信号の振幅、心電波形のベースラインの安定度やノイズ周波数成分比率を用いる方法等を採用することもできる。

ステップＳ１０８では、加速度センサ２２により検出された頸部の加速度が所定のしきい値以上であるか否か（すなわち、頸部が動き、体動ノイズが大きくなるか否か）についての判断が行われる。ここで、頸部の加速度が所定のしきい値未満の場合には、ステップＳ１１２に処理が移行する。一方、頸部の加速度が所定のしきい値以上のときには、ステップＳ１１０において、体動エラー情報が出力された後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１１２では、３軸加速度データに基づいて、使用者（測定部位）の姿勢が判定される。続くステップＳ１１４では、心電信号、光電脈波信号（加速度脈波信号）のピークが検出される。そして、検出された心電信号のＲ波ピークと、光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの時間差（ピーク時間差）が算出される。

次に、ステップＳ１１６では、心電信号のＲ波ピーク及び光電脈波信号（加速度脈波）のピークそれぞれの遅延時間（ずれ量）が求められるとともに、求められた遅延時間に基づいて、心電信号のＲ波ピークと光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの時間差（ピーク時間差）が補正される。

続いて、ステップＳ１１８では、ステップＳ１１６で補正されたピーク時間差が所定時間（例えば０．０１ｓｅｃ．）以上か否かについての判断が行われる。ここで、ピーク時間差が所定時間以上の場合には、ステップＳ１２２に処理が移行する。一方、ピーク時間差が所定未満のときには、ステップＳ１２０においてエラー情報（ノイズ判定）が出力された後、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１２２では、ステップＳ１１４で算出されたピーク時間差が脈波伝播時間として確定されるとともに、脈波間隔が取得される。

続いて、ステップＳ１２４では、使用者の姿勢毎に脈波伝播時間が分類される。なお、脈波伝播時間の分類方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ１２６では、近似曲線の相関係数が最も大きくなるように、脈波伝播時間が補正される。なお、脈波伝播時間の補正方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続いて、ステップＳ１２８において、補正後の脈波伝播時間の変動から血圧変動が推定される。なお、血圧変動の推定方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、ステップＳ１３０において、取得された血圧変動データ等が、例えば、メモリや、スマートフォン等の外部機器に出力される。その後、本処理から一旦抜ける。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、ネックバンド１３が、略Ｃ字状に形成され、弾性を有することにより、両端部が互いに近づく方向に（開口部の幅が狭くなるように）付勢される。すなわち、装着時に、使用者の頸部を挟持する方向に付勢される。また、支持部材１６が、ネックバンド１３の付勢力によって、ネックバンド１３の両端部が互いに近づく程（すなわち、使用者の頸部が細く、開き度合が小さくなる程）、ネックバンド１３の内側（装着時には頸部方向）へ大きく変形して突出する（押し出される）。そのため、使用者の頸部の太さに応じて、ネックバンド１３の内径及び支持部材１６の突出量が自動的（自律的）に調節される。その結果、ネックバンド１３の長さを調節する機構を備えることなく、使用者の頸部の太さにかかわらず、使用者の頸部により安定的に装着する（すなわち、頸部との接触状態を良好に保つ）ことが可能となる。

特に、本実施形態によれば、支持部材１６が、可撓性（又は弾性）を有し、ネックバンド１３の付勢力によって、ネックバンド１３に接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が短くなるほど（ネックバンド１３の両端部が互いに近づくほど）、弾性変形により、円弧状に、ネックバンド１３の内側（装着時には頸部方向）へ押し出される。そのため、より簡易で小型・軽量な機構により、頸部の太さがそれぞれ異なる使用者に対しても安定して装着することが可能となる。

本実施形態によれば、センサ部１１，１２が、ネックバンド１３の短手方向及び／又は長手方向を軸として揺動可能に取り付けられている。このように、センサ部１１，１２が、ネックバンド１３の短手方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の周方向に揺動可能）に取り付けられているため、装着時に、例えば、頸部の太さが異なったとしても、センサ部１１，１２を使用者の頸部に密着させることができる。また、例えば、頸部が捻られるといった動きに追従して接触面を保持することができる。その結果、頸部の太さなどの個人差や頸部の動きにかかわらず、頸部との接触状態を良好に保つことが可能となる。また、この場合、センサ部１１，１２が、ネックバンド１３の長手方向を軸として揺動可能（すなわち、頸部の軸方向に揺動可能）に取り付けられているため、装着時に、例えば、頸部が傾けられるといった動きに追従して接触面を保持することが可能となる。

本実施形態によれば、センサ部１１，１２がネックバンド１３の内側面に配設されるとともに、光電脈波センサ２０が支持部材１６の内側面（すなわち、装着時には頸部側面と接触する側の面）に配設されている。そのため、使用者の頸部の太さが異なったとしても、該頸部にセンサ部１１，１２及び光電脈波センサ２０を安定して接触させることができ、安定して生体信号を検出（測定）することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図５を用いて、第２実施形態に係る生体信号検出装置２について説明する。ここでは、上述した第１実施形態と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図５は、生体信号検出装置２を用いたネックバンド型の血圧変動推定装置４の外観形状を示す平面図であり、（ａ）は、細い頸部に装着したときの形状を示し、（ｂ）は、太い頸部に装着したときの形状を示す図である。なお、図５において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

血圧変動推定装置４（生体信号検出装置２）は、支持部材１６に代えて、支持部材１７を備えている点で、上述した第１実施形態に係る血圧変動推定装置３（生体信号検出装置１）と異なっている。その他の構成は、上述した血圧変動推定装置３（生体信号検出装置１）と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

支持部材１７は、複数（本実施形態では３つ）の連接部材（継手）、すなわち、第１連接部材１７ａ、第２連接部材１７ｂ、及び第３連接部材１７ｃが互いに揺動可能（屈曲可能）に連結されて構成されている。各連接部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、例えば、ヒンジなどにより、相対的に揺動可能に接続されている。各ヒンジ（接続部）には、第２連接部材１７ｂをネックバンド１３の内側（装着時には頸部方向）に付勢する例えばバネなどの弾性部材が設けられていてもよい。

そのため、支持部材１７は、ネックバンド１３の付勢力によって、ネックバンド１３に接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が短くなるほど（すなわち、ネックバンド１３の両端部が互いに近づく程）、ネックバンド１３との間に形成される角度が大きくなるように揺動して（屈曲して）、ネックバンド１３の内側（頸部方向）へ突出し（押し出され）、使用者の頸部後方に押し当てられる。

ここで、支持部材１７（第２連接部材１７ｂ）は、ネックバンド１３に接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が小さくなる程（ネックバンド１３の両端部が互いに近づく程）、突出量が大きくなる。そのため、図５の（ａ）に示されるように、使用者の頸部が細い場合には、ネックバンド１３が閉じ、支持部材１７の両端部間の間隔（接続点間の距離）が小さくなり、頸部側への突出量が大きくなる。一方、図５の（ｂ）に示されるように、使用者の頸部が太い場合には、ネックバンド１３が左右に開き、支持部材１７の両端部間の間隔（接続点間の距離）が大きくなり、頸部側への突出量が小さくなる。

そのため、使用者の頸部（首）の太さにかかわらず、支持部材１７を使用者の頸部後方に当接させることができ、血圧変動推定装置４（ネックバンド１３及び支持部材１７）を安定して装着することができる。特に、装着時には、使用者の頸部の太さに応じてネックバンド１３が閉じるとともに、支持部材１７（第２連接部材１７ｂ）が頸部方向に押し出されるため、ネックバンド１３の両（左右）端部及び支持部材１７（第２連接部材１７ｂ）の３箇所（３点）で頸部を安定的に保持することができる。

第２連接部材１７ｂには、光電脈波センサ２０が配設されている。なお、光電脈波センサ２０については、上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、その他の構成は、上述した支持部材１６と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

血圧変動推定装置４（生体信号検出装置２）は、上述した血圧変動推定装置３（生体信号検出装置１）と同様の方法で使用することができる。すなわち、使用者は、血圧変動推定装置４（生体信号検出装置２）を頸部に装着するだけで、心電信号、光電脈波信号、脈波伝搬時間、及び血圧変動などを検出・計測することができる。なお、血圧変動推定装置３（生体信号検出装置１）の使用方法は、上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、支持部材１７が、互いに揺動可能（屈曲可能）に接続された３つの連接部材（継手）１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有し、ネックバンド１３の付勢力によって、ネックバンド１３に接続された両端部間の間隔（接続点間の距離）が短くなるほど（ネックバンド１３の両端部が互いに近づくほど）、ネックバンド１３と支持部材１７（連接部材１７ａ，１７ｃ）との間に形成される角度が大きくなるように揺動して（屈曲して）、ネックバンド１３の内側（装着時には頸部方向）へ突出する（押し出される）。そのため、比較的簡易で小型・軽量な機構により、頸部の太さがそれぞれ異なる使用者に対しても安定して装着することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、生体信号検出装置１（２）を血圧変動推定装置３（４）に適用した場合を例にして説明したが、生体信号検出装置１（２）は血圧変動推定装置３（４）以外にも適用することができる。

上記実施形態では、生体信号検出装置１（２）が、光電脈波センサ２０を備えていたが、光電脈波センサ２０を備えていない構成としてもよい。また、脈波センサとして、光電脈波センサに代えて、例えば圧電脈波センサなどを用いてもよい。さらに、上記実施形態では、支持部材１６（１７）に一つの光電脈波センサ２０が配設されていたが、光電脈波センサ２０に加えて又は代えて複数の生体センサを配設してもよい。また、上述した各種センサに加えて、例えば、酸素飽和度センサ、音センサ（マイク）、変位センサ、温度センサ、湿度センサなどの生体センサを用いる構成としてもよい。さらに、センサ部１１，１２は、一対の心電電極１５，１５を有しているとしたが、光電脈波センサ、圧電脈波センサ、酸素飽和度センサ、音センサ（マイク）、変位センサ、温度センサ、湿度センサなどの生体センサを配設してもよい。

上記実施形態では、ネックバンド１３の両端にセンサ部１１，１２を取り付けたが、センサ部１１，１２は、必ずしもネックバンド１３の両端に取り付ける必要はない。

上記実施形態では、姿勢判定や、姿勢毎の脈波伝播時間の補正、血圧変動の推定等の処理を信号処理部３１で行ったが、取得した心電信号、光電脈波信号、３軸加速度等のデータを例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やスマートフォン等に無線で出力し、ＰＣやスマートフォン側で、上記姿勢判定や、姿勢毎の脈波伝播時間の補正、血圧変動の推定等の処理を行う構成としてもよい。このような場合、上述した相関式等のデータは、ＰＣやスマートフォン側に記憶される。

１，２ 生体信号検出装置
３，４ 血圧変動推定装置
１１，１２ センサ部
１３ ネックバンド
１５ 心電電極
１６，１７ 支持部材
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 連接部材
２０ 光電脈波センサ
２０１ 発光素子
２０２ 受光素子
２２ 加速度センサ
３１ 信号処理部
３１０ 第１信号処理部
３２０ 第２信号処理部
３１１ 心電信号増幅部
３２１ 脈波信号増幅部
３１２，３２２ アナログフィルタ
３１３，３２３ Ａ／Ｄコンバータ
３１４，３２４ ディジタルフィルタ
３２５ ２階微分処理部
３１６，３２６ ピーク検出部
３１８，３２８ ピーク補正部
３３０ 脈波伝播時間計測部
３４０ 姿勢分類部
３４１ 脈波伝播時間変動取得部
３４２ 血圧変動推定部
６０ 無線通信モジュール

Claims (6)

1. 使用者の頸部の周方向に沿って装着可能なネックバンドと、
   前記ネックバンドに取り付けられ、生体信号を検出するセンサ部と、
   両端部が前記ネックバンドの内側面に接続された支持部材と、を備え、
   前記ネックバンドは、略Ｃ字状に形成され、両端部が互いに近づく方向に付勢され、
   前記支持部材は、前記ネックバンドの付勢力によって、前記ネックバンドの両端部が互いに近づく程、ネックバンドの内側へ突出することを特徴とする生体信号検出装置。
2. 前記支持部材は、可撓性を有し、前記ネックバンドの付勢力によって、前記ネックバンドに接続された両端部間の間隔が短くなるほど、変形して、円弧状に、前記ネックバンドの内側へ突出することを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
3. 前記支持部材は、互いに揺動可能に接続された複数の連接部材を有し、前記ネックバンドの付勢力によって、前記ネックバンドに接続された両端部間の間隔が短くなるほど、前記ネックバンドとの間に形成される角度が大きくなるように揺動して、前記ネックバンドの内側へ突出することを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
4. 前記センサ部は、装着時における使用者の頸部の軸方向及び／又は該軸方向と垂直な頸部前後方向を軸として揺動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
5. 前記センサ部は、前記ネックバンドの短手方向及び／又は長手方向を軸として揺動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
6. 前記センサ部は、前記ネックバンド、及び／又は、支持部材の内側面に配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体信号検出装置。
   

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