JP2018143383A - 着衣型ウェアラブルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、導電性布からなる一対の内部電極を所定の間隔を空けて着衣に設置し、該電極に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置により、被検者の生体情報を取得するようにした生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサを提供することにある。【解決手段】着衣の肌に接する面に導電性布からなる一対の内部電極を所定の間隔を空けて設置し、また着衣の表面側に前記一対の内部電極に対応する位置にそれぞれ電極を貼付ないし縫製し、該一対の電極間に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置により、被検者の生体情報を取得するようにしたことを特徴とする生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサ。【選択図】図６

Description

本発明は、各種センサを内蔵して身体に装着し、長時間の生体情報を検出し、検出した生体情報を用いて被検者の生体状態を解析する生体情報管理システムに用いられる着衣型ウェアラブルセンサに関し、着衣に取り付けた導電性布からなる電極を使用して、生体情報検出装置からの生体情報に基づいて被検者の睡眠や運動等の解析を行って、生体状態を効率よく管理することができる生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサに関する。

被検者の健康状態や身体の異常等を把握するために、体温や脈拍等の生体情報が利用されている。被検者の生体情報の検出は、通常、被検者自身や看護師等の第三者が、体温計等のセンサ（生体情報センサ）を被検者の身体に一定時間接触させて行っている。この生体情報センサを身体に接触させる時間は通常数分程度であるため、一時的な生体情報しか検出できず、頻出しない現象は検出されなくて、被検者の健康状態や身体の異常を十分に把握できないことがある。例えば、不整脈や心拍異常等は常に現れるとは限らないので、生体情報センサの短時間の接触では把握できない可能性がある。この場合、生体情報センサが長時間に亘り生体情報を検出できれば、この可能性を小さくすることができる。

また、予防医療やスポーツ医学等において、正確な判断をするためには、長時間に亘る生体情報の収集が非常に有効であり、それを実現可能とする生体情報センサが求められている。
さらに、このような生体情報センサから取得される長時間の生体情報を有効に活用し、被検者の健康や運動状態等を解析し、被検者の生体状態を効率よく管理するシステムが求められている。

そこで、長時間での生体情報の検出を可能とするために、被検者に小型軽量の生体情報センサを装着し、そのセンサが検出したデータを無線で送信する方法が提案されている。
例えば、特開２００１−３５３１３０号公報（特許文献１）では、耳掛け式や外耳道への挿入が可能な形態或いはペンダント状に形成された収納ケースに生体情報センサが配設されている。そして、生体情報センサが検出したデータを無線で送信している。

特許文献１では、生体情報センサを被検者の身体に接触する箇所は１箇所だが、特許第３８４３１１８号公報（特許文献２）及び特許第４５８９３４１号公報（特許文献３）では、生体情報センサを複数の箇所に接触させることにより、より多くの身体の異常を発見できるようにしている。

特許文献２では、身体の右半身と左半身に生体情報センサを装着させ、生体情報センサから無線通信される生体情報を基に身体の異常判定を行っている。また、生体情報センサに実装される集積回路はメモリを含んでおり、このメモリに生体情報センサが検出したデータ等を記憶することができる。

特許文献３では、身体の上半身と下半身、上肢と下肢、腹面と背面或いは体の相対的に上方と下方或いは体の一部の前面と後面の少なくとも１組の複数箇所に生体情報センサを装着させ、生体情報センサから無線通信される生体情報を基に身体の異常判定を行っている。また、複数の生体情報センサのうち少なくとも１つはメモリを備え、検出した生体情報を蓄積することができる。

被検者に装着したこのような生体情報センサを用いて、被検者の睡眠や運動の解析を行うシステムが提案されている。
例えば、特開２０１２−５５４６４号公報（特許文献４）では、被検者の胴体部分に取り付けられた加速度センサ及び指等に取り付けられた光電センサから有線通信又は無線通信にて送信される姿勢及び脈拍数の情報を用いて、被検者の睡眠の質を評価している。

特開２００７−１４３９５９号公報（特許文献５）では、心電図センサ、加速度センサ、温度センサ等を備えたセンサユニットを被検者の胸等に接着貼付し、センサユニットからの信号を被検者の衣服の肩部等に装着した無線中継器を介してセンタ装置に送信することにより、グラウンド等で運動している被検者の状態の判定をセンタ装置にて行っている。

しかしながら、特許文献１では、生体情報センサは小型軽量となり、生体情報の長時間の検出が可能となっているが、生体情報センサからのデータの出力は無線通信により行われているので、水中等の無線通信が困難な環境や、満員電車内等の無線通信を受信する機器の設置が困難な環境では、生体情報を取得できない虞がある。

特許文献４及び５でも、生体情報センサからのデータを無線通信により送信しているので、睡眠している時やグラウンド等で運動している時には使用できるが、上記のような環境には応用できない。また、睡眠や運動の前後の時間帯での日常生活における生体情報も合わせて取得し解析することにより、より有益な解析結果を得ようとした場合、特許文献４及び５のシステムでは、そのような生体情報を取得することができない。

特許文献２及び３では、生体情報センサが検出した生体情報を、無線通信での外部への送信の他に、生体情報センサに装備したメモリに記憶させることができるので、上記のような環境や時間帯でも、メモリを利用することにより生体情報を取得することができる。
しかし、この場合、メモリに記憶された生体情報を取り出す作業が別途必要となる。

そこで本発明者等は特願２０１４−２５８５８６号（特開２０１６−１１６７２７号公報、特許文献６）において、身体に装着し、内蔵された各種センサが検出した長時間の生体情報を処理して送信し、蓄積する手段を具備すると共に、簡易な充電手段によって手軽に長時間使用でき、Ｓ／Ｎ比が優れて防水性が高く、検出する環境や条件に合わせた生体情報の取得が可能で、検出された生体情報を送信及び蓄積できる生体情報検出装置を備え、生体情報検出装置からの生体情報に基づいて被検者の睡眠や運動等の解析を行って、生体状態を効率よく管理することができる生体情報管理システムを提案した。

特開２００１−３５３１３０号公報 特許第３８４３１１８号公報 特許第４５８９３４１号公報 特開２０１２−５５４６４号公報 特開２００７−１４３９５９号公報 特開２０１６−１１６７２７号公報（特願２０１４−２５８５８６号）

しかしながら特許文献６において生体情報センサは小型軽量となったものの、素肌に直接電極を装着したり、長時間にわたって素肌に電極を装着しておくことには非常に大きな抵抗感があり、特に幼児や小児、また高齢者等における生体情報センサの装着が難しく、したがって幼児や小児、高齢者等における生体情報を取得できない虞がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであって、本発明の目的は導電性布からなる一対の内部電極を所定の間隔を空けて着衣に設置し、該電極に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置により、被検者の生体情報を取得するようにした生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサを提供することにある。

すなわち本発明の生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサは、着衣の肌に接する面に導電性布からなる一対の内部電極を所定の間隔を空けて設置し、また着衣の表面側に前記一対の内部電極に接続する電極を取り付け、該電極間に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置により、被検者の生体情報を取得するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の着衣型ウェアラブルセンサにおいて、前記着衣の肌に接する面に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極は、被検者の胸部に相当する位置に所望の面積にて貼付ないし縫製してあることをも特徴とするものである。

本発明の着衣型ウェアラブルセンサにおいて、前記着衣の肌に接する面に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極は、導電性および着衣と同様の装着感を備えていることをも特徴とするものである。

本発明の着衣型ウェアラブルセンサにおいて、前記生体情報検出装置は、被検者の生体情報を検出する生体情報検出部と、前記生体情報検出部で検出された生体情報を記憶するメモリと、前記生体情報検出部で検出された生体情報、及び、前記メモリに記憶された生体情報を無線送信で出力する送信部と、前記生体情報検出装置本体に必要な電力を発生する充電入力部とを備えたことをも特徴とするものである。

本発明に係る着衣型ウェアラブルセンサによれば、着衣の肌に接する面に導電性布からなる一対の内部電極を所定の間隔を空けて設置し、また着衣の表面側に前記一対の内部電極に対応する位置に電極を取り付けて電気的に接続し、該電極に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置により、被検者の生体情報を取得するようにしたので、素肌に直接電極を装着する必要がなくなり、長時間にわたって素肌に電極を装着しておくことが可能となって、幼児や小児、また高齢者等にいても安心して生体情報センサを装着しておくことができる。
そして、本発明に係る着衣型ウェアラブルセンサを用いることにより無理なく生体情報を取得できるので、被検者の睡眠や運動等の解析等において様々な状態での解析や長時間に亘る解析を行うことができる。

本発明の着衣型ウェアラブルセンサの第１実施形態を示す概略正面図である。 その斜視図である。 着衣を裏返した状態の概略正面図である。 着衣の表面側に取り付けた電極と生体情報検出装置の組み付け前の状態を示す概略正面図である。 着衣の表面側に取り付けた電極と生体情報検出装置を組付けた状態を示す概略正面図である。 その斜視図である。 本発明の着衣型ウェアラブルセンサの第２実施形態を示す概略正面図である。 その斜視図である。 その背面図である。 着衣を裏返した状態の概略正面図である。 その背面図である。 着衣の表面側に取り付けた電極と生体情報検出装置を組付けた状態を示す概略正面図である。 その斜視図である。 着衣の表面側に取り付けた電極と生体情報検出装置の組み付け前の状態を示す要部拡大図である。 着衣の表面側に取り付けた電極と生体情報検出装置を組付けた状態を示す要部拡大図である。

以下本発明の生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサの実施形態について、図面に基いて詳細に説明する。もちろん、本発明の生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサは、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図１ないし図６は本発明の着衣型ウェアラブルセンサの第１実施形態を示すものであり、着衣１１の肌に接する内側の面１２にほぼ矩形の導電性布からなる一対の内部電極１３，１３を所定の間隔を空けて設置してある。
そして、着衣１１の表面側の面１４には前記一対の内部電極１３，１３に対応する位置にそれぞれ電極１５，１５を取り付けて前記一対の内部電極１３，１３と接続するとともに、該一対の電極１５，１５間に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置１６により、被検者の生体情報を取得するようになっている。
前記一対の内部電極１３，１３と前記電極１５，１５との接続は、例えば前記着衣１１に設けた切込みに、前記一対の内部電極１３，１３の端部に突出するように形成した帯状片を挿通して引き出し、これを電極１５，１５として生体情報検出装置１６の端子を取り付ければよい。

前記第１実施形態の着衣型ウェアラブルセンサにおいて、前記着衣１１の肌に接する面に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極１３，１３は、被検者の胸部に相当する位置に所望の面積にて貼付ないし縫製して取り付けてある。
そして、前記着衣１１の肌に接する内側の面１２に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極１３，１３は、導電性のみならず着衣１１と同様の装着感を備えていることが必要である。
このような導電性があることはもちろん、柔らかくて触っても心地の良い布としては、Chang Fong Textile Technology社（台湾）のKnitted Conductive Fablic（商品名）を挙げることができる。もちろん、この商品と同等の導電性を有するとともに装着感の良好な布であれば、何ら前記布にこだわるものではない。

第１実施形態の着衣型ウェアラブルセンサにおいて、前記生体情報検出装置１６は、被検者の生体情報を検出する生体情報検出部と、前記生体情報検出部で検出された生体情報を記憶するメモリと、前記生体情報検出部で検出された生体情報、及び、前記メモリに記憶された生体情報を無線送信で出力する送信部と、前記生体情報検出装置１６に必要な電力を発生する充電入力部とを備えたものであることが望ましい。
このような生体情報検出装置１６としては、小型生体センサ（ＢＩＴ、株式会社人間と科学の研究所製）やメモリ型生体センサ（Ｍ−ＢＩＴ、株式会社人間と科学の研究所製）を用いることができる。
さらに、前記小型生体センサ（ＢＩＴ）で得られた、心臓の動きや肺の状態、体温や、日々の運動あるいは身体の活動状態等の測定データを解析ソフトウエア（ＢＩＴＡＳ、株式会社人間と科学の研究所製）で解析し、瞬間心拍、呼吸数、さらには睡眠状態や自律神経の働きを明らかにして、被検者の何らかのおかしな動きや兆候を知らせるようにすることができる。

第１実施形態に係る着衣型ウェアラブルセンサによれば、着衣１１の肌に接する内側の面１２に導電性布からなる一対の内部電極１３，１３を所定の間隔を空けて設置し、また着衣１１の表面側に前記一対の内部電極１３，１３に対応する位置に一対の電極１５，１５を取り付けて電気的に接続し、該電極１５，１５間に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置１５により、被検者の生体情報を取得するようにしたので、素肌に直接電極１５，１５を装着する必要がなくなり、長時間にわたって素肌に電極１５，１５を装着しておくことが可能となって、幼児や小児、また高齢者等にいても安心して生体情報センサを装着しておくことができる。
また第１実施形態に係る着衣型ウェアラブルセンサを用いることにより無理なく生体情報を取得できるので、被検者の睡眠や運動等の解析等において様々な状態での解析や長時間に亘る解析を行うことができる。

図７ないし図１３は本発明の着衣型ウェアラブルセンサの第２実施形態を示すものであり、着衣２１の肌に接する内側の面２２に導電性布からなる一対の内部電極２３，２３を所定の間隔を空けて設置してある。この導電性布からなる一対の内部電極２３，２３は、ほぼ矩形の輪郭の上部と下部側面とに帯状の延長部２３ａ，２３ｂが延設してあり、より素肌に接する面積を広くとるように形成されている。
そして、着衣２１の表面側２４には前記一対の内部電極２３，２３に対応する位置にそれぞれ電極２５，２５を取り付けて電気的に接続し、該一対の電極２５，２５間に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置２６により、被検者の生体情報を取得するようになっている。

前記第２実施形態の着衣型ウェアラブルセンサにおいても、前記着衣２１の肌に接する内側の面２２に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極２３，２３は、被検者の胸部や脇部、肩部に相当する位置に所望の面積にて貼付ないし縫製してある。
このように被検者の胸部や脇部、肩部に相当する位置にまたがって一対の内部電極２３，２３を貼付ないし縫製しておくことにより、被検者の運動時のみならず睡眠時、通常の社会生活時等においても前記内部電極２３，２３の良好な導通状態を確保することができる。
そして、前記着衣２１の肌に接する内側の面２２に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極２３，２３は、導電性のみならず着衣２１と同様の装着感を備えていることが必要であって、導電性があることはもちろん、柔らかくて触っても心地の良いChang Fong Textile Technology社（台湾）のKnitted Conductive Fablic（商品名）を好適に使用することができる。

前記生体情報検出装置２６は、被検者の生体情報を検出する生体情報検出部と、前記生体情報検出部で検出された生体情報を記憶するメモリと、前記生体情報検出部で検出された生体情報、及び、前記メモリに記憶された生体情報を無線送信で出力する送信部と、前記生体情報検出装置２６に必要な電力を発生する充電入力部とを備えたものであることが望ましい。

図１４は着衣１１，２１の表面側の面１４，２４に取り付けて前記内部電極１３，２３と電気的に接続するよう配設した電極１５，２５に生体情報検出装置１６，２６を組付ける前の状態を示し、図１５は着衣１１，２１の表面側の面１４，２４に取り付けて前記内部電極２３，２３と電気的に接続するよう配設した電極１５，２５に生体情報検出装置１６，２６を組付けた状態を示すものである。
各図において、前記内部電極１３，２３と電気的に接続するよう配設した電極１５，２５は、生体情報検出装置１６，２６の端子を取り付けることにより、生体情報検出装置１６，２６を電極１５，２５に簡単に取り付けないし取り外すことができる。

ちなみに、生体情報検出装置１６，２６を睡眠時だけ装着するのではなく、例えば２４時間装着し、睡眠前後の日常生活での生体情報も検出し、それらも使用して睡眠状態を解析しても良い。これにより、例えば、日中の心拍数と睡眠中の心拍数の比較による心拍数の異常や、日中の消費エネルギーの量による睡眠の質の変化等を調べることができる。
なお、解析データとして算出される情報としては、上記のうちの一部でも上記以外の情報を追加しても良く、各情報の算出についても適宜の方法で算出することができる。
以上の生体情報検出装置１６，２６については、本発明者等の発明による特願２０１４−２５８５８６号（特開２０１６−１１６７２７号公報、特許文献７）に詳しく説明されている。

本発明において被検者に装着する生体情報検出装置は１つではなく複数としても良い。被検者の身体の複数箇所から生体情報を取得することにより、１箇所からの生体情報だけでは検知することが難しい症状（例えば、脳梗塞や心筋梗塞の早期発見等）の検知が可能となり、より緻密な被検者の健康状態や身体の異常の把握が可能となる。複数の生体情報検出装置を使用する場合、取得される生体情報がどの生体情報検出装置から入手されたものか判別できるように、例えば、生体情報検出装置に固有の番号を割り当て、その固有の番号を生体情報検出装置が送信する生体情報信号に付加する。

１１ 着衣
１２ 内側の面
１３，１３ 内部電極
１４ 表面側の面
１５，１５ 電極
１６ 生体情報検出装置
２１ 着衣
２２ 内側の面
２３，２３ 内部電極
２３ａ，２３ｂ 延長部
２４ 表面側の面
２５，２５ 電極
２６ 生体情報検出装置
３１ 雄側のホック
３２ 雌側のホック

Claims (4)

1. 着衣の肌に接する面に導電性布からなる一対の内部電極を所定の間隔を空けて設置し、また着衣の表面側に前記一対の内部電極に接続する電極を取り付け、該電極間に導通させた心電計、三軸の加速度センサ、体温計を含む生体情報検出装置により、被検者の生体情報を取得するようにしたことを特徴とする生体情報管理システム用の着衣型ウェアラブルセンサ。
2. 前記着衣の肌に接する面に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極は、被検者の胸部に相当する位置に所望の面積にて貼付ないし縫製してあることを特徴とする請求項１に記載の着衣型ウェアラブルセンサ。
3. 前記着衣の肌に接する面に貼付ないし縫製した導電性布からなる一対の内部電極は、導電性および着衣と同様の装着感を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の着衣型ウェアラブルセンサ。
4. 前記生体情報検出装置は、被検者の生体情報を検出する生体情報検出部と、前記生体情報検出部で検出された生体情報を記憶するメモリと、前記生体情報検出部で検出された生体情報、及び、前記メモリに記憶された生体情報を無線送信で出力する送信部と、前記生体情報検出装置本体に必要な電力を発生する充電入力部とを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の着衣型ウェアラブルセンサ。

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