JP2018157876A - 心拍計測システム及び心拍計測方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被験者が装着する手間や装着中の煩わしさを感じることなく、日常動作の中で被験者の心拍を継続的に計測することができる。【解決手段】心拍計測システムは、歯ブラシにおけるブラシ毛が植設されたヘッド部に設けられ、被験者の口腔内部位に接触させるための口腔内電極と、歯ブラシにおける把持部に設けられ、被験者の手に接触させるための手電極と、被験者の心拍を検出する検出部と、を備え、検出部は、口腔内電極からの信号および手電極からの信号により、口腔内部位と手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて被験者の心拍データを取得するものである。【選択図】図１
Description
本発明は心拍計測システムに関し、例えば、被験者の身体における２点間の電位差の測定することにより被験者の心拍を計測する心拍計測システムに関する。
被験者の身体の定められた部位に正電極および負電極を接触させて被験者の心電波形を測定する心電計が知られている。特許文献１には、被験者の手に接触させるための電極が設けられた心電計本体と、心電計本体とケーブルを介して結線され、被験者の胸部に接触させる電極が設けられた外部電極ユニットと、を備える心電計が開示されている。
近年、被験者の日常生活の中で、心電などの心血管系の生体データを継続的に計測し、これらの計測データから被験者における生活習慣病などの疾病の予兆診断を行う試みがなされている。しかしながら、特許文献１に記載の心電計では、装着する手間や装着中の煩わしさがあるとともに、当該心電計による計測行為が日常動作ではないため被験者が計測するのを忘れやすく、継続的に被験者の生体データを収集するのが困難であるという問題があった。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、心拍計測システムは、歯ブラシにおけるブラシ毛が植設されたヘッド部に設けられ、被験者の口腔内部位に接触させるための口腔内電極と、歯ブラシにおける把持部に設けられ、被験者の手に接触させるための手電極と、被験者の心拍を検出する検出部と、を備え、検出部は、口腔内電極からの信号および手電極からの信号により、口腔内部位と手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて被験者の心拍データを取得するものである。
前記一実施の形態によれば、被験者が装着する手間や装着中の煩わしさを感じることなく、日常動作の中で被験者の心拍を継続的に計測することができる。
以下、図面を参照しつつ、上記課題を解決するための手段を適用した実施形態を詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、又はその他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、何れかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスク）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、及び半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、応用例、詳細説明、又は補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、又は位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
＜実施の形態の概要＞
実施の形態の詳細について説明する前に、まず、実施の形態の概要について説明する。図１は、実施の形態の概要にかかる心拍計測システム１０の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、心拍計測システム１０は、ブラシ毛２１ａが植設されたヘッド部２１と、把持部２２と、から構成される歯ブラシ２０に実装されている。心拍計測システム１０は、口腔内電極１１と、手電極１２と、検出部１３と、を備えている。
実施の形態の詳細について説明する前に、まず、実施の形態の概要について説明する。図１は、実施の形態の概要にかかる心拍計測システム１０の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、心拍計測システム１０は、ブラシ毛２１ａが植設されたヘッド部２１と、把持部２２と、から構成される歯ブラシ２０に実装されている。心拍計測システム１０は、口腔内電極１１と、手電極１２と、検出部１３と、を備えている。
口腔内電極１１は、歯ブラシ２０おけるヘッド部２１に設けられ、被験者の口腔内部位に接触させるためのものである。手電極１２は、把持部２２に設けられ、被験者の手に接触させるためのものである。検出部１３は、被験者の心拍を検出するためのものである。具体的には、検出部１３は、口腔内電極１１からの信号および手電極１２からの信号により、被験者における、口腔内部位と手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて被験者の心拍データを取得する。
上述したように、心拍計測システム１０は、ヘッド部２１と把持部２２とを有する歯ブラシ２０に実装されている。被験者は、歯磨きという日常動作を行う際に、心拍計測システム１０における、ヘッド部２１に設けた口腔内電極１１と把持部２２に設けた手電極１２により心拍データの取得を行う。これにより、被験者が装着する手間や装着中の煩わしさを感じることなく、日常動作の中で被験者の心拍を継続的に計測することができる。
＜実施の形態１＞
次に、実施の形態１の詳細について説明する。図２は、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０の構成の一例を示す模式図である。図３は、図２における矢印Ａの方向から見た矢視図である。図４は、図２における矢印Ｂの方向から見た矢視図である。
次に、実施の形態１の詳細について説明する。図２は、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０の構成の一例を示す模式図である。図３は、図２における矢印Ａの方向から見た矢視図である。図４は、図２における矢印Ｂの方向から見た矢視図である。
図２に示すように、心拍計測システム１１０は、ブラシ毛１２１ａが植設されたヘッド部１２１と、把持部１２２と、から構成される歯ブラシ１２０に実装されている。歯ブラシ１２０は、電動歯ブラシであっても、電動歯ブラシではない一般的な歯ブラシであってもよい。心拍計測システム１１０は、口腔内電極１１１と、手電極１１２と、検出部１１３と、バッテリ１１４と、受電コイル１１５と、送信部１１６と、外部システム１４０と、を備えている。
図２および図３に示すように、口腔内電極１１１は、ヘッド部１２１におけるブラシ毛１２１ａが植設された側とは反対側の面１２１ｂに設けられ、被験者の口腔内部位に接触させるための板状の電極である。口腔内電極１１１をこのように構成することで、ヘッド部を被験者の口腔内に挿入したときに、口腔内電極１１１を被験者の口腔内における皮膚に良好に接触させることができる。また、図２および図４に示すように、手電極１１２は、把持部１２２に設けられ、被験者の手に接触させるための電極である。手電極１１２は、把持部１２２における、歯磨き動作の際に被験者が手を接触させる箇所に設けるのが好ましい。
図２を参照し、検出部１１３は、口腔内電極１１１からの信号および手電極１１２からの信号により、被験者の口腔内部位と手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて被験者の心拍データを取得するものである。受電コイル１１５は、ワイヤレスでバッテリ１１４への給電を行うためのものである。送信部１１６は、検出部１１３により取得されたデータ（ここでは心拍データ）を、例えば無線通信などにより、外部システム１４０に送信するためのものである。外部システム１４０は、送信部１１６から送信されてきた心拍データを解析するためのものである。なお、歯ブラシ１２０におけるヘッド部１２１および把持部１２２は、フッ素樹脂などの撥水性の素材でコーティングされていてもよい。これにより、口腔内電極３１１と手電極１１２が水分を介して導通されるのを抑制することができる。また、バッテリ１１４に乾電池等の一次電池を用いて、心拍計測システム１１０を、受電コイル１１５を含まずに構成することも可能である。
図５は、検出部１１３における、口腔内電極１１１と手電極１１２との電位差を検出するための回路の一例を示す図である。図５に示すように、口腔内電極１１１からの信号および手電極１１２からの信号は、それぞれ、抵抗ＲとコンデンサＣを含むハイパスフィルタ１５１においてノイズ成分が抑圧された後、差動増幅器１５３へと導かれる。差動増幅器１５３において、口腔内電極１１１と手電極１１２との電位差が検出される。差動増幅器１５３が検出した電位差のアナログ信号はＡＤコンバータ１５４へと送られ、デジタル信号に変換される。信号処理部１５５は、デジタル信号の周波数解析等を行い、心拍データを算出する。信号処理部１５５はＭＣＵ（マイクロコントローラ）やメモリを含んで構成される。
次に、心拍計測システム１１０における処理の流れについて説明する。
図６は、心拍計測システム１１０における処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、まず、心拍計測システム１１０の電源をオンにする（ステップＳ１０１）。次に、検出部１１３において、口腔内電極１１１と手電極１１２との電位差より心拍データを取得する（ステップＳ１０２）。心拍データの取得において、被験者は、口腔内電極１１１を口腔内部位に接触させた状態で、所定時間（例えば、５〜１０秒）静止する。そして、検出部１１３において、取得した心拍データに対して周波数解析を実施し（ステップＳ１０３）、信号処理部１５５に設けられたメモリなどの記憶媒体に心拍データを時系列に保存する（ステップＳ１０４）。
図６は、心拍計測システム１１０における処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、まず、心拍計測システム１１０の電源をオンにする（ステップＳ１０１）。次に、検出部１１３において、口腔内電極１１１と手電極１１２との電位差より心拍データを取得する（ステップＳ１０２）。心拍データの取得において、被験者は、口腔内電極１１１を口腔内部位に接触させた状態で、所定時間（例えば、５〜１０秒）静止する。そして、検出部１１３において、取得した心拍データに対して周波数解析を実施し（ステップＳ１０３）、信号処理部１５５に設けられたメモリなどの記憶媒体に心拍データを時系列に保存する（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０４に続いて、検出部１１３において、保存された心拍データに欠損があるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、心拍データに欠損があると判断された場合（ＹＥＳの場合）、欠損データの統計的な解析手法を用いて心拍データの欠損部分を補完する演算を行う（ステップＳ１０６）。なお、欠損データの統計的な解析手法には、既知のものを用いることができる。例えば、心拍データの周期性を利用して欠損部分の値を推定するようにしてもよい。そして、送信部１１６が、心拍データを外部システム１４０に送信する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０５において、心拍データに欠損がないと判断された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１０７へと進む。
以上のように、心拍計測システム１１０は、ヘッド部１２１と把持部１２２を有する歯ブラシ１２０に実装され、被験者が歯磨きという日常動作を行う際に、ヘッド部１２１に設けた口腔内電極１１１と把持部１２２に設けた手電極１１２により心拍データの取得を行う。つまり、心拍計測システム１１０によれば、被験者が歯磨きをする際には、毎回、被験者の心拍データが取得されるので、被験者が装着する手間や装着中の煩わしさを感じることなく、日常動作の中で被験者の心拍を継続的に計測することができる。
また、心拍計測システム１１０は、取得した心拍データに欠損がある場合には、欠損データの統計的な解析手法を用いて心拍データの欠損部分を補完する演算を行う。このため、心拍の測定中に、口腔内電極と口腔内部位との接触状態または手電極と手との接触状態が良くないなどの理由でデータが取得できなかった期間があっても、測定を最初からやり直す必要がない。これにより、被験者は心拍の測定をより簡便に行うことができる。
[変形例１]
図７は、図２および図３に示す手電極の例（手電極１１２）とは別の例である、手電極２１２の概略構成について示す模式図である。図７に示すように、手電極２１２は、互いに絶縁された複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄから構成される。複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄは、それぞれ独立的に、検出部１１３と接続されている。検出部１１３は、複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄからの各信号のうち、口腔内部位と手との電位差が最も大きく導出されたものを利用して被験者の心拍データを取得する。
図７は、図２および図３に示す手電極の例（手電極１１２）とは別の例である、手電極２１２の概略構成について示す模式図である。図７に示すように、手電極２１２は、互いに絶縁された複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄから構成される。複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄは、それぞれ独立的に、検出部１１３と接続されている。検出部１１３は、複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄからの各信号のうち、口腔内部位と手との電位差が最も大きく導出されたものを利用して被験者の心拍データを取得する。
このようにすると、心拍の測定において、複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄのうち、いずれか１つでも被験者の手との接触状態が良好であれば欠損なく心拍データを取得できる。例えば、水分によって複数の分割電極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄのうち、幾つかが口腔内電極１１１と短絡してしまったとしても、被験者の手との接触状態が良好なものが１つあれば、欠損なく心拍データを取得できる。これにより、測定をやり直さなければならない事態を抑制でき、被験者が心拍の測定をより簡便に行うことができる。
＜実施の形態２＞
図８を参照して、実施の形態２にかかる心拍計測システム２１０の構成について説明する。以下、実施の形態１と同様の構成については記載を省略し、実施の形態１と異なる内容を記載する。図８は、実施の形態２にかかる心拍計測システム２１０の構成を示す模式図である。図８に示すように、心拍計測システム２１０は、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０（図２参照）と同様に、ヘッド部１２１と把持部１２２とから構成される歯ブラシ１２０に実装されている。心拍計測システム２１０は、口腔内電極１１１と、手電極１１２と、検出部２１３と、バッテリ１１４と、受電コイル１１５と、送信部１１６と、外部システム１４０と、光センサ２１７と、を備えている。すなわち、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０に対して、光センサ２１７が追加されている。
図８を参照して、実施の形態２にかかる心拍計測システム２１０の構成について説明する。以下、実施の形態１と同様の構成については記載を省略し、実施の形態１と異なる内容を記載する。図８は、実施の形態２にかかる心拍計測システム２１０の構成を示す模式図である。図８に示すように、心拍計測システム２１０は、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０（図２参照）と同様に、ヘッド部１２１と把持部１２２とから構成される歯ブラシ１２０に実装されている。心拍計測システム２１０は、口腔内電極１１１と、手電極１１２と、検出部２１３と、バッテリ１１４と、受電コイル１１５と、送信部１１６と、外部システム１４０と、光センサ２１７と、を備えている。すなわち、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０に対して、光センサ２１７が追加されている。
光センサ２１７は、血中のヘモグロビンが光を吸収するという性質を利用して被験者の脈拍データを取得するためのものである。光センサ２１７は、把持部１２２における被験者が指を接触させる位置に設けられ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源と、受光素子（フォトダイオード）と、を有する。光センサ２１７は、光源により被験者の指の皮膚内の血管に対して光を照射し、血中のヘモグロビンに吸収されずに反射されてきた光の量（反射光量）を受光素子で検出する。
検出部２１３は、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０と同様に、口腔内電極１１１からの信号および手電極１１２からの信号により、被験者の口腔内部位と手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて被験者の心拍データを取得する。検出部２１３は、さらに、光センサ２１７によって検出された反射光量に基づいて被験者の脈拍データを取得する。光センサ２１７によって検出される反射光量は、血管内における血液量（すなわち、ヘモグロビンの量）の増減に伴って変化する。このため、検出部２１３は、光センサ２１７の検出した反射光量の微少な変化をモニタリングすることにより被験者の脈拍データを取得する。
外部システム２４０は、送信部１１６から送信されてきた心拍データおよび脈拍データを解析し、被験者の血管の状態を判定するためのものである。外部システム２４０において、送信部１１６から送信された心拍データにおけるピークのタイミングと送信部１１６から送信された脈拍データにおけるピークのタイミングとの時間差に基づいて、被験者の血管の状態の変化を検出する。
図９は、心拍データおよび脈拍データから被験者の血管の状態を判定する方法について説明する図である。ここで、実線Ｌ１は心拍データを、破線Ｌ２は脈拍データを表す。図９に示すように、脈拍データにおけるピークのタイミングは、心拍データにおけるピークのタイミングよりも遅れる。これは、心臓から吐出された血液が末端の血管に到達するまでにタイムラグが生じるためである。すなわち、心拍データにおけるピークのタイミングと脈拍データにおけるピークのタイミングとの差ΔＴは、心臓から吐出された血液が末端の血管に到達するまでのタイムラグにほぼ等しい。
被験者の血管が、相対的に硬い場合、相対的に柔らかい場合と比べて、心拍データにおけるピークのタイミングと脈拍データにおけるピークのタイミングとの差ΔＴは小さくなる。すなわち、継続的に取得された被験者の心拍データおよび脈拍データにおいて、心拍データにおけるピークのタイミングと脈拍データにおけるピークのタイミングとの差により被験者の血管の状態の変化を検出することができる。動脈硬化を発症している人の血管は、正常な人の血管より硬くなっている。つまり、心拍計測システム２１０により、被験者の血管の状態の変化を検出することで、動脈硬化の予兆を知ることができる。
次に、心拍計測システム２１０における処理の流れについて説明する。
図１０は、心拍計測システム２１０における処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示すように、まず、心拍計測システム２１０の電源をオンにする（ステップＳ２０１）。次に、検出部２１３において、口腔内電極１１１と手電極１１２との電位差より心拍データを取得するとともに、光センサ２１７により脈拍データを検出する（ステップＳ２０２）。そして、検出部２１３において、取得した心拍データおよび脈拍データに対して周波数解析を実施し（ステップＳ２０３）、検出部２１３に設けられたメモリなどの記憶媒体に心拍データおよび脈拍データを時系列に保存する（ステップＳ２０４）。
図１０は、心拍計測システム２１０における処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示すように、まず、心拍計測システム２１０の電源をオンにする（ステップＳ２０１）。次に、検出部２１３において、口腔内電極１１１と手電極１１２との電位差より心拍データを取得するとともに、光センサ２１７により脈拍データを検出する（ステップＳ２０２）。そして、検出部２１３において、取得した心拍データおよび脈拍データに対して周波数解析を実施し（ステップＳ２０３）、検出部２１３に設けられたメモリなどの記憶媒体に心拍データおよび脈拍データを時系列に保存する（ステップＳ２０４）。
ステップＳ２０４に続いて、検出部２１３において、保存された心拍データまたは脈拍データに欠損があるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５において、心拍データまたは脈拍データに欠損があると判断された場合（ＹＥＳの場合）、欠損データの統計的な解析手法を用いて心拍データまたは脈拍データの欠損部分を補完する演算を行う（ステップＳ２０６）。なお、欠損データの統計的な解析手法には、既知のものを用いることができる。例えば、心拍データの周期性、脈拍データの周期性を利用して欠損部分の値を推定するようにしてもよい。そして、送信部１１６が、心拍データおよび脈拍データを外部システム１４０に送信する（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０５において、心拍データに欠損がないと判断された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ２０７へと進む。
ステップＳ２０７に続いて、外部システム２４０において、送信部１１６から送信された心拍データにおけるピークのタイミングと送信部１１６から送信された脈拍データにおけるピークのタイミングとの時間差を算出し、被験者の血管の状態の変化を検出する（ステップＳ２０８）。
正常状態における、心拍データにおけるピークのタイミングと脈拍データにおけるピークのタイミングとの差、すなわち、心臓から吐出された血液が末端の血管に到達するまでのタイムラグは、被験者の体格（身長、体重、腕の長さ、等）によって異なる。このため、被験者の血管の状態が、正常範囲かそうでないかを判定するためには、被験者の身体データが必要になる。外部システム２４０において、被験者の身体データを予め記憶させておき、心拍データにおけるピークのタイミングと脈拍データにおけるピークのタイミングとの時間差、および、身体データに基づいて、被験者の血管の状態を判定するようにしてもよい。このようにすることで、図１０におけるステップＳ２０８において、被験者の血管の状態の変化を検出するのに加え、被験者の血管の状態が、正常範囲かそうでないかを判定することもできる。
また、検出部２１３において、身体データを用いない等の簡易的なアルゴリズムを用い、Ｓ２０９被験者の血管の状態の変化を検出するのに加え、被験者の血管の状態が、正常範囲かそうでないかを簡易的に判定することもできる（ステップＳ２０９）。外部システム２４０において実行されるステップＳ２０８と検出部２１３で実行されるステップＳ２０９のいずれか一方を省略することも可能である。
＜実施の形態３＞
図１１〜図１３を参照して、実施の形態３にかかる心拍計測システム３１０の構成について説明する。以下、実施の形態１と同様の構成については記載を省略し、実施の形態１と異なる内容を記載する。図１１は、実施の形態３にかかる心拍計測システム３１０の構成を示す模式図である。図１２は、図１１における矢印Ｃの方向から見た矢視図である。図１３は、図１１における矢印Ｄの方向から見た矢視図である。
図１１〜図１３を参照して、実施の形態３にかかる心拍計測システム３１０の構成について説明する。以下、実施の形態１と同様の構成については記載を省略し、実施の形態１と異なる内容を記載する。図１１は、実施の形態３にかかる心拍計測システム３１０の構成を示す模式図である。図１２は、図１１における矢印Ｃの方向から見た矢視図である。図１３は、図１１における矢印Ｄの方向から見た矢視図である。
図１１〜図１３に示すように、心拍計測システム３１０の口腔内電極３１１は、実施の形態１にかかる心拍計測システム１１０の口腔内電極１１１（図２および図３参照）とは異なり、ブラシ毛１２１ａとともに植設された導電性繊維の束３１１ａを含む。導電性繊維の束３１１ａの素材としては、例えば、ポリエステルやナイロン等の繊維に導電セラミックスやカーボン等の導電性の物質を添加したものや、繊維の表面を銀メッキによりコーティングしたものなどを用いることができる。銀メッキされた繊維を用いた場合、ブラシ毛１２１ａが抗菌性を持つ効果が得られる。導電性繊維の束３１１ａは、ヘッド部１２１におけるブラシ毛１２１ａの下部に設けられた電極板３１１ｂに連結されている。
口腔内には、電解質を成分に含む唾液が存在している。導電性繊維の束３１１ａが、被験者の口腔内部位に押し付けられたとき、口腔内の唾液は、毛細管現象により導電性繊維の束３１１ａへと積極的に導かれる。すなわち、口腔内電極３１１が導電性繊維の束３１１ａを含んでいると、口腔内部位と口腔内電極３１１との接触に唾液を積極的に介在させることができるため、口腔内部位と口腔内電極３１１との接触状態を良好に維持することができる。また、導電性繊維の束３１１ａが被験者の歯に押し付けられていても、唾液が介在することにより、導電性繊維の束３１１ａと歯茎などの口腔内の皮膚を通電させることができるので、心拍データを取得することが可能である。
さらに、心拍計測システム３１０を実装する歯ブラシ１２０が電動歯ブラシである場合、心拍計測システム３１０での心拍データの取得は、被験者が歯磨き動作中に行うこともできる。心拍計測システム３１０での心拍データの取得において、被験者は、口腔内電極３１１を歯茎などの口腔内部位に接触させた状態で、所定時間（例えば、５〜１０秒）静止する必要がある。このため、心拍計測システム３１０を、電動歯ブラシではない一般的な歯ブラシに実装した場合、被験者は歯磨き動作中には、腕を動かす必要があるので、安定した心拍データの取得を行うことができない。これに対し、心拍計測システム３１０を、電動歯ブラシに実装した場合、歯磨き動作中に被験者は腕をほとんど動かさなくてもよい。このため、被験者は、心拍データの取得を歯磨き動作中に行うことができる。
歯ブラシ１２０が電動歯ブラシである場合、把持部１２２にはヘッド部１２１を稼働させるためのモータが内蔵されている。電動歯ブラシでは、歯磨き動作中にモータの振動ノイズが発生する。このため、被験者が歯磨きを実施している際に心拍データの取得を行う場合、検出部１１３は、取得された心拍データから、予め記憶させておいた、モータの振動ノイズ成分を除去する処理を行うようにしてもよい。モータの振動ノイズ成分は設計仕様などから予め知ることができる。このようにすることで、被験者が歯磨きを実施している際に心拍データの取得を行っても、精度良く心拍データを取得することができる。
上述したように、口腔内の唾液は、毛細管現象により導電性繊維の束３１１ａへと積極的に導かれる。このため、図２における歯ブラシ１２０におけるヘッド部１２１から把持部１２２に唾液が垂れる可能性が高まる。ヘッド部１２１から把持部１２２に唾液が垂れることで、口腔内電極３１１と手電極１１２が唾液により短絡するおそれがある。このため、心拍計測システム３１０において、唾液を排出するための導水管を設けても良い。
図１４は、心拍計測システム３１０に設けられた導水管１２３について示す模式図である。図１５は、図１４における矢印Ｃの方向から見た矢視図である。図１４に示すように、導水管１２３は、ヘッド部１２１の内部から把持部１２２の内部へと連通している。図１５に示すように、導電性繊維の束３１１ａは導水管１２３に連結されている。毛細管現象により導電性繊維の束３１１ａへと導かれた口腔内の唾液は、導水管１２３を通って、把持部１２２の底部１２２ａから排出される。心拍計測システム３１０において、唾液を排出するための導水管１２３を設けることで、口腔内電極３１１と手電極１１２が唾液を介して導通されるのを確実に抑制することができる。なお、唾液を把持部１２２の底部１２２ａ（図１４参照）から排出させる代わりに、把持部１２２の内部において、導水管１２３に連結され、脱着可能に構成された廃液タンクを設け、歯磨き動作中は廃液タンクに唾液を溜めるようにしてもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、そ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ことはいうまでもない。
１０，１１０，２１０，３１０ 心拍計測システム
１１，１１１，３１１ 口腔内電極
１２，１１２，２１２ 手電極
１３，１１３，２１３ 検出部
２０，１２０ 歯ブラシ
２１，１２１ ヘッド部
２１ａ，１２１ａ ブラシ毛
２２，１２２ 把持部
１１０ 心拍計測システム
１１４ バッテリ
１１５ 受電コイル
１１６ 送信部
１２３ 導水管
１４０，２４０ 外部システム
１５１ ハイパスフィルタ
１５３ 差動増幅器
１５４ ＡＤコンバータ
２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ 分割電極
２１７ 光センサ
３１１ａ 導電性繊維の束
３１１ｂ 電極板
１１，１１１，３１１ 口腔内電極
１２，１１２，２１２ 手電極
１３，１１３，２１３ 検出部
２０，１２０ 歯ブラシ
２１，１２１ ヘッド部
２１ａ，１２１ａ ブラシ毛
２２，１２２ 把持部
１１０ 心拍計測システム
１１４ バッテリ
１１５ 受電コイル
１１６ 送信部
１２３ 導水管
１４０，２４０ 外部システム
１５１ ハイパスフィルタ
１５３ 差動増幅器
１５４ ＡＤコンバータ
２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ 分割電極
２１７ 光センサ
３１１ａ 導電性繊維の束
３１１ｂ 電極板
Claims (16)
- 歯ブラシにおけるブラシ毛が植設されたヘッド部に設けられ、被験者の口腔内部位に接触させるための口腔内電極と、
前記歯ブラシにおける把持部に設けられ、前記被験者の手に接触させるための手電極と、
前記被験者の心拍を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、前記口腔内電極からの信号および前記手電極からの信号により、前記口腔内部位と前記手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて前記被験者の心拍データを取得する、心拍計測システム。 - 前記把持部における前記被験者が指を接触させる位置に設けられ、光源と受光素子を有し、前記光源から前記指の血管に対して照射された光の反射光量を前記受光素子により検出する光センサを更に備え、
前記検出部は、前記光センサによって検出された前記反射光量に基づいて前記被験者の脈拍データを取得する、請求項１に記載の心拍計測システム。 - 前記手電極は、互いに絶縁された複数の分割電極から構成され、前記検出部は、前記複数の分割電極からの信号のうち、前記口腔内部位と前記手との電位差が最も大きく導出されたものを利用して前記被験者の心拍データを取得する、請求項１に記載の心拍計測システム。
- 前記検出部は、心拍データにおいて欠損がある場合に、欠損データの統計的な解析手法を用いて欠損部分を補完する演算を行う、請求項１に記載の心拍計測システム。
- 前記検出部は、心拍データにおける心拍のタイミングと脈拍データにおける脈拍のタイミングとの時間差に基づいて、前記被験者の血管の状態の変化を検出する、請求項１に記載の心拍計測システム。
- 心拍データおよび脈拍データを解析するための外部システムと、前記検出部により取得された心拍データおよび脈拍データを前記外部システムに送信する送信部と、を更に備え、
前記外部システムにおいて、前記送信部から送信された心拍データにおける心拍のタイミングと前記送信部から送信された脈拍データにおける脈拍のタイミングとの時間差に基づいて、前記被験者の血管の状態の変化を検出する、請求項２に記載の心拍計測システム。 - 前記外部システムは、前記被験者の身体データを予め記憶させておき、前記時間差および前記身体データに基づいて、前記被験者の血管の状態を判定する、請求項５に記載の心拍計測システム。
- 前記口腔内電極は、前記ヘッド部におけるブラシ毛が植設された側と反対側に設けられている、請求項１に記載の心拍計測システム。
- 前記口腔内電極は、前記ヘッド部において、前記ブラシ毛とともに植設された導電性繊維の束を含む、請求項１に記載の心拍計測システム。
- 前記導電性繊維の束は、前記ヘッド部の内部から前記把持部の内部へと連通する導水管に連結されている、請求項８に記載の心拍計測システム。
- 前記ヘッド部および前記把持部は、撥水性の素材でコーティングされている、請求項１に記載の心拍計測システム。
- 前記歯ブラシは、電動歯ブラシであり、
前記電動歯ブラシは、前記把持部に内蔵されたモータにより前記ヘッド部を稼働させて前記被験者に対し歯磨きを実施している際に前記被験者の心拍データを取得し、
前記検出部は、取得された心拍データから、予め記憶させておいた前記モータの振動ノイズ成分を除去する処理を行う、請求項８に記載の心拍計測システム。 - ブラシ毛が植設されたヘッド部と把持部とを備え、前記ヘッド部には被験者の口腔内部位に接触させる口腔内電極が設けられ、前記把持部には前記被験者の手に接触させる手電極が設けられた歯ブラシを用い、
前記口腔内電極からの信号および前記手電極からの信号により、前記口腔内部位と前記手との電位差を導出し、導出した当該電位差に基づいて前記被験者の心拍データを取得する、心拍計測方法。 - 心拍データにおいて欠損がある場合に、欠損データの統計的な解析手法を用いて欠損部分を補完する演算を行う、請求項１２に記載の心拍計測方法。
- 前記歯ブラシは、前記把持部の前記被験者が指を接触させる位置において、光源と受光素子を有し、前記光源から前記指の血管に対して照射された光の反射光量を前記受光素子により計測する光センサが設けられ、
前記光センサによって検出された前記反射光量に基づいて前記被験者の脈拍データを取得し、
心拍データにおけるピークのタイミングと脈拍データにおけるピークのタイミングとの時間差に基づいて、前記被験者の血管の状態の変化を検出する、請求項１２に記載の心拍計測方法。 - 前記時間差および被験者の身体データに基づいて、前記被験者の血管の状態を判定する、請求項１４に記載の心拍計測方法。
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