JP2019010436A - 生体センサおよび生体センサの信号取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの装着位置を事前に判定することなく、生体から所望の信号を得ることができる生体センサを提供する。【解決手段】生体に装着可能であり少なくとも振動に基づく信号を得る複数のセンサからなるセンサアレイ部と、前記センサアレイ部の複数のセンサから選択または合成して所望の信号を取得する取得部と、を有する生体センサである。【選択図】図１

Description

本発明は、生体センサおよび生体センサの信号取得方法に関する。

医療分野において、生体の状態を把握するために様々な測定装置が用いられている。例えば、心電図は心臓の電気的な活動の状況を表す波形データ（電気信号）を得ることができる。この心電図は、心臓の弁を動かすための筋肉を動かそうとする電気信号を得るものである。電気信号が得られた場合、弁を動かそうとしていることは把握できるが、その信号に応じて弁が実際に動いたか否かは把握することができない。そのため、弁の動きを把握するために、心音を測定する測定装置が用いられることがある。例えば、心音を測定する解析装置がある（特許文献１）。
この解析装置では、心音を検出するセンサを生体のどの場所に装着すれば好ましいかを判定した上で、当該センサが生体に装着される。

特許第５７０１５３３号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、単一のセンサにより生体の複数箇所を対象として好ましい装着位置を手動で順次移動させて判定する必要があり、その位置決めが煩雑である。また、順次判定する際、最も好ましい場所を覚えておきながら、次の判定場所を判定していく必要があり、最も好ましい場所を常に覚えておく必要がある。また、全ての判定対象の位置について判定が終了した後、センサを装着する場合、好ましい場所が判定できたとしても、数回前に最も好ましいと判定された場所に正確に配置しなければ、正確な測定をすることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、センサの装着位置を事前に判定することなく、生体から所望の信号を得ることができる生体センサおよび生体センサの信号取得方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、生体に装着可能であり少なくとも振動に基づく信号を得る複数のセンサからなるセンサアレイ部と、前記センサアレイ部の複数のセンサから得られる信号から選択または合成して所望の信号を取得する取得部とを有する。

また、本発明は、センサアレイ部の複数のセンサが、生体に装着可能であり少なくとも振動に基づく信号を得て、取得部が、前記センサアレイ部の複数のセンサから得られる信号から選択または合成して所望の信号を取得する生体センサの信号取得方法である。

以上説明したように、この発明によれば、センサの装着位置を事前に判定しなくても、センサアレイ部を生体の測定対象の部位近傍に装着することで所望の生体信号を得ることができる。

この発明の第１の実施形態による生体センサの構成を示す概略ブロック図である。 ビームフォーミング部４２１の内部の記憶領域に記憶される特徴量データについて説明する図である。 生体センサ１の動作を説明するフローチャートである。 第２の実施形態における生体センサ１Ａの構成を示す概略ブロック図である。 第３の実施形態におけるセンサユニット１０Ｂの構成を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態による生体センサについて図面を参照して説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態による生体センサの構成を示す概略ブロック図である。
生体センサ１は、センサアレイ部（センサユニット）１０、体動センサ２０、音収集部３０、音源分離部４０を含んで構成される。
センサユニット１０は、被測定者である生体に装着可能であり、少なくとも生体から生じる振動を検出し、この振動に基づく信号を得る。このセンサユニットは、複数のセンサを含んで構成されるものであり、例えばセンサ１０１から１０９である９つのセンサを含んで構成される。センサ１０１から１０９は、第１方向（横方向,行方向）に３つ、第２方向（縦方向,列方向）に３つ、並ぶように配置される。第１方向における１行目にはセンサ１０１、１０２、１０３、２行目にはセンサ部１０４、１０５、１０６、３行目にはセンサ１０７、１０８、１０９が並ぶように配列される。また、第２方向に見た場合には、１列目にセンサ１０１、１０４、１０７、２列目にセンサ１０２、１０５、１０８、３列目にセンサ１０３、１０６、１０９が並ぶように配列される。
これらセンサ１０１から１０９は、それぞれ、フィルム状のセンサであり、厚み方向に対する振動を検出するものであり、音圧も検出することができる。例えば、フィルム状（シート型）のエレクトレット圧力センサを用いることができる。このエレクトレット圧力センサは、例えば、多孔質発泡材料が用いられる。
また、これらセンサ１０１から１０９の外周形状は、それぞれ、略矩形状であるが、円形状等、他の形状であってもよい。

これらセンサ１０１から１０９は、それぞれの検出面（第一主面）に個別に、粘着性のあるシート（以下、粘着シート）が取付けられ、かつ、上述したように３行３列の位置関係となるようにされて、粘着シートを介在して生体に取付けられる。また、１つの粘着シートと生体との間に、各センサ１０１から１０９が３行３列となるように配列し、この粘着シートで挟むようにして生体に貼り付けることで装着されてもよい。また、センサユニット１０は、生体に装着できるものであれば、粘着以外の方法で装着されてもよい。また、各センサ１０１から１０９は、生体からの振動を測定することができれば、生体に直接接触していてもよいし、直接接触していなくてもよい。

このように、センサユニット１０は、粘着シートを利用して装着することで、被測定者に長時間装着でき、被測定者が体を動かしたとしても、動かした体の部位に追従するため、各センサと、生体との相対位置が変化しにくい状態でモニタリングすることができる。また、被験者が様々な体格であることが考えられるが、このような場合であっても、各センサを体表の形状に倣うように取付けることができる。

センサユニット１０は、生体に対する装着部位としては、生体のいずれかの部位であればよく、例えば、センサユニット１０の測定対象領域（センサ１０１からセンサ１０９を含む領域）に複数の音源が存在するような部位に装着される。より具体的に、センサユニット１０は、生体の胸部の体表面のうち心臓に対応する部位に装着されることで、心臓の筋肉の活動や心臓における血液の流れによって生じる振動に基づく信号を得ることができ、これにより心音を測定することができる。心音を測定するにあたり、音源が存在しうる領域としては、主に、大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）の５つがある。大動脈領域（ａ）からは、主に大動脈弁が閉じる音を得ることができる。肺動脈領域（ｂ）からは、主に肺動脈弁が閉じる音を得ることができる。エルプ領域（ｃ）からは、大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）から生じる音を得ることができる。三尖弁領域（ｄ）からは、主に三尖弁が閉じる音を得ることができる。僧帽弁領域（ｅ）からは、主に、僧帽弁が閉じる音を得ることができる。ただし、これら大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）からは、それぞれの弁の動きに応じた音のみではなく、多数の血管を流れる血液や筋肉、他の臓器（例えば肺等）から生じた音も含みうる。

ここで、センサユニット１０の測定対象領域としての測定面のサイズは、測定対象の音源が含まれるようなサイズに設定されていればよく、心音を測定する場合には、上述の大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）をそれぞれについて少なくとも一部が含まれるようなサイズに設定されていればよいが、それより小さなサイズであっても構わない。そして、このようなサイズに設定されたセンサユニット１０を、生体の体表のうち心臓に対応する部位に装着することで、心音を含む音に応じた信号が得られる。

体動センサ２０は、センサユニット１０が装着される生体に対して装着され、生体の体動を検出し、体動に応じた信号を得て、体動信号として音源分離部４０に供給する。体動センサ２０は、例えば、お互いに直交する３軸の加速度センサを用いることができる。すなわち、体動センサ２０は、装着された生体の部位に作用する加速度の大きさを測定する。この体動センサ２０は、センサユニット１０によって検出する対象の音源からの音の影響を受けない部位に設けることが好ましい。また、被測定者をベッドに寝かせて測定する場合や、椅子に座らせて測定する場合においては、マット下、枕下、座面、背もたれに、センサ１０１から１０９と同様のシート型エレクトレット圧力センサを取付けて体動センサとして用いるようにしてもよい。
音収集部３０は、センサユニット１０の近傍に設置され、センサユニット１０の周囲の音を検出し、検出結果を外部騒音信号として音源分離部４０に供給する。音収集部３０は、例えばマイクロフォンを用いることができる。

音源分離部４０は、ノイズキャンセル部４１０、取得部４２０を含んで構成され、センサユニット１０の各センサから得られる信号から選択または合成演算することで所望の信号を取得して出力する。

ノイズキャンセル部４１０は、センサユニット１０の各センサから得られた信号から、外部騒音信号と体動信号とのうち少なくともいずれか一方の信号に応じた成分を除去することで、ノイズ除去を行なう。ここで、センサユニット１０が検出する信号には、目的の信号のみではなく、体動に応じた信号や各センサの近傍から到来する音の信号も含まれる。そこで、ノイズキャンセル部４１０では、体動に基づく信号と、外部から到来する音に応じた信号を、各センサから得られた信号から除去する。この実施形態において、ノイズキャンセル部４１０は、センサユニット１０の各センサから得られるそれぞれの信号を対象としてノイズ除去を行なってもよいし、センサユニット１０の各センサのうち一部のセンサから得られる信号を対象としてノイズ除去を行なってもよい。また、体動に由来するノイズは、不定期で突発的に現れ、しかもノイズレベルも高いので、体動に由来するノイズが検出されている間の信号を使わない（測定結果として用いない）とする使い方もできる。

ノイズキャンセル部４１０が除去する対象の信号は、主に、外乱ノイズに基づく信号である。ここでいう外乱ノイズとしての信号は、例えば、体動に基づく信号と、外部騒音の信号である。体動信号は、体動センサ２０が取付けられた生体の部位の動きが大きいほど大きな測定結果が得られる。外部騒音は、センサユニット１０が装着された生体以外の音源から伝達される音であり、例えば、生体周辺における会話、空調器の音、物体（衣服、筆記用具、医療機器）の移動等に伴う音等がある。
ノイズキャンセル部４１０は、これら得られた外乱ノイズの信号にフィルタを通し、それぞれ周波数特性（位相や振幅）を合せ込み、各センサから得られる信号と差分をとることで、心音等の目的の信号（ここでは、主に大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）から得られる信号）以外のノイズをキャンセリングする。
このフィルタの周波数特性は、予め体動や外部騒音位置と各センサ間の伝達関数を計測しておく。

取得部４２０は、ビームフォーミング部４２１とノイズサプレッサ部４２２とを有し、ノイズキャンセル部４１０から得られる外乱ノイズが除去された複数の各センサの信号から選択する、または複数のセンサの信号を合成することで所望の信号を得る。
ビームフォーミング部４２１は、予め記憶された特徴量データと各センサから得られた信号から抽出した同種の特徴量データとの相関に基づいて、他のセンサよりも相関の高い１つのセンサからの信号を選択しても良いし、相対的に相関の高い複数のセンサからの信号を合成しても良い。
例えば、大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）について、これら領域において得る目的となる音の特徴を示す特徴量データを予め取得部４２０の記憶領域に記憶しておく。より具体的に、大動脈領域（ａ）を一例として説明すると、大動脈領域（ａ）から得る目的の音は、大動脈弁が閉じる音であるため、この大動脈弁が閉じる音のサンプルとなるデータを予め取得しておき、この大動脈弁が閉じる音の信号に対して、ＤＣ除去（直流成分除去）、平滑化等のフィルタ処理を施した後にＦＦＴ（fast Fourier transform）処理を行ない、周波数パターン（例えば周波数と振幅との関係）、周波数時変動パターン（例えば、周波数パターンの時系列の関係）、目的音の音源の位置（方向）関係等において特徴的なデータを抽出することで、特徴量データを生成し、取得部４２０の記憶領域に記憶しておく。大動脈弁が閉じる音のサンプルは、被測定者自身から得たものであってもよいし、他の被測定者から得たものであってもよい。
そして、各センサから得られた信号の特徴量データのそれぞれと予め記憶された特徴量データとについて、周波数パターンと周波数時変動パターンとに基づき大動脈弁の閉じる音のパターンであるか否かのマッチングを行ない、マッチング度合が一定以上である場合には大動脈弁の閉じる音のパターンであることを同定し、周波数時変動パターンと９つのセンサの信号レベルに基づき大動脈弁と９つのセンサとの位置関係を同定する。例えば、大動脈弁に最も近いセンサほど、大動脈弁パターンが、早いタイミングかつ大きな振幅の信号が現れる。

ビームフォーミング部４２１は、ノイズキャンセル部４１０を介して各センサから得られた信号の特徴量データを求め、この特徴量データと予め記憶された特徴量データとについて、相互相関解析を用いて、特徴量データの相関関係を計算する。ビームフォーミング部４２１は、センサ毎の相関結果の相対値と、センサどうしの相対位置関係から、音源の位置を特定する。例えば、特徴量データの相関を計算した結果において、相関の度合が最も高いセンサを選択しても良いし、この選択されたセンサのセンサユニット１０における位置を基準とし、この基準としたセンサの周辺で相関の度合が高いセンサを選択しても良い。相関の度合が高いセンサについては、相関の度合が高いものから順に所定の数（例えば、２つ）のセンサを選択するようにしてもよい。

ビームフォーミング部４２１は、相関の度合が高い複数のセンサが選択されると、この選択させた各センサの出力の位相と振幅を制御してビームフォーミングを行うことで、S/N（signal-noise ratio）を改善しつつ、所望の信号を最大化して得る。

このように、生体において生じる目的以外の音や、生体近傍において生じた音等に基づく音が、所望の信号と共に多数混在する場合には、所望の音のみ抽出することは困難であるが、ビームフォーミング部４２１を設け、心音の音源の位置と各センサが配列された位置との対応関係から、音源に対応する位置（音源からの音を最も強く得ることができる位置）のセンサと、そのセンサから得られた信号に相関関係のある信号が得られるセンサとの信号を用いてビームフォーミングを行なう。これにより、生体に取付けられた複数のセンサから得られる信号から、所望の音を取り出すことができる。
ここでは、１つのセンサから得られた信号から、所望の信号を取り出すことも可能であるが、１つのセンサから得られる信号から所望の信号を取り出す場合に比べて、複数のセンサから得られた信号から所望の信号を分離する方が、高い精度で所望の信号を分離することができる。
また、ビームフォーミング部４２１は、相関解析を行なうことで、どのセンサがどの領域に対応しているか、その位置関係を把握することができる。また、大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）のように、各領域の相対的な位置関係が予め解っているケースでは、たとえ目的音との相関が高い場合であっても、その音の音源の位置（方向）が各領域の位置関係とは異なる場合には、敢えて、非目的音方向のセンサの信号を利用しないことで、精度高く、所望の信号を分離してもよい。

図２は、ビームフォーミング部４２１の内部の記憶領域に記憶される特徴量データについて説明する図である。この図に示すように、特徴量データは、測定対象の領域毎に、それぞれ異なる特徴量データが記憶される。ここで記憶される特徴量データとしては、各領域における心臓の弁の動きに応じた音のデータであるが、心拍音、血流音等の音に対応した特徴量データを記憶しておくことで、弁の動きに応じた音以外についても、目的の信号として取得することが可能となる。ビームフォーミング部４２１は、このような特徴量データを用いることで、目的の信号（音）と、目的外の信号（音）とを分離することができる。
なお、ビームフォーミング部４２１は、相関のないノイズは抑圧されるため、目的外の信号を分離・除去できる点においては、後述するノイズサプレッサ部４２２として機能しているともいうことができる。

ノイズサプレッサ部４２２は、ビームフォーミング部４２１から得られた目的音信号に対して、所定の信号処理を行なって、ノイズキャンセル部４１０およびビームフォーミング部４２１で除去しきれなかったノイズ成分を低減する。所定の信号処理としては、ノイズ成分を低減することができればよく、例えば、重み付け雑音推定、不当帯域分割、最大抑圧音量抑制、抑圧量−音声歪ユーザ制御、信号帯域変化による検出、非同期雑音推定抑圧、共通抑圧量計算、スペクトル・サブトラクション法、適用フィルタを用いてノイズを除去する適応フィルタリング法、独立成分分析による雑音除去、CSCC（複素スペクトル円心）法等がある。これらの信号処理のうち、少なくともいずれか１つを利用できればよい。なお、ノイズの低減は必然的に目的音の低減も伴う。ＳＮＲ（signal-to-noise ratio）の極端に悪い信号については、目的音が抑圧されてその特徴を失うよりはノイズ混在であっても目的音の特徴を保って後段の利用者（医師）に供したほうが良い場合もあるので、ノイズサプレッサ部４２２の作動オンオフまたはノイズ成分を低減させる度合を利用者が選択できるような選択部を設けるようにしても良い。

上述の音源分離部４０において、ノイズキャンセル部４１０、取得部４２０、ビームフォーミング部４２１、ノイズサプレッサ部４２２は、例えば、例えばＣＰＵ（中央処理装置）等の処理装置若しくは専用の電子回路で構成されてよい。また、ノイズキャンセル部４１０、取得部４２０、ビームフォーミング部４２１、ノイズサプレッサ部４２２は、例えばそれぞれ別個の処理装置や電子回路で構成されてもよいし、例えばこれらのうち少なくとも一部が共通の処理装置や電子回路で構成されてもよい。

次に、上述した生体センサ１の動作について説明する。図３は、生体センサ１の動作を説明するフローチャートである。
まず、測定者は、被測定者の生体にセンサユニット１０を装着する。ここでは、被測定者の心音を得る場合には、被測定者の前面の胸部に対し、センサユニット１０の粘着面を胸部に貼り付けることで装着する。また、センサユニット１０は、胸部に対する上下方向や左右方向等の装着向きは任意であるが、例えば、センサ１０１が被測定者に向かって左上、センサ１０３が右上となるように装着される。
センサユニット１０が装着されると、音源分離部４０は、各センサからの信号を得る（ステップＳ１０１）。ノイズキャンセル部４１０は、各センサから得られた信号からノイズを除去する（ステップＳ１０２）。ノイズが除去されると、取得部４２０のビームフォーミング部４２１は、信号を抽出する対象の領域を決定し（ステップＳ１０３）、決定された領域に対応する特徴量データを記憶領域から読み出す。例えば、大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）が対象の領域として予め指定されている場合には、これらの領域の中から所定の順（例えば大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）の順）に従い、大動脈領域（ａ）に対応する特徴量データを読み出す。

ビームフォーミング部４２１は、大動脈領域（ａ）の特徴量データを読み出すと、大動脈領域（ａ）の特徴量データと各センサから出力された信号の特徴量データとについて相互相関解析を行なう。ビームフォーミング部４２１は、この相互相関解析の結果、特徴量データと相関が最も高いセンサがセンサ１０１であると特定された場合には、大動脈領域（ａ）における音源に対応した位置（あるいは最も近い位置）に装着されているセンサはセンサ１０１であると特定する（ステップＳ１０４）。次に、特定されたセンサ１０１から得られた信号と他のセンサから得られた信号との相関において、相関度合が最も高いセンサを選択する（ステップＳ１０５）。ここでは、大動脈領域（ａ）に近い位置にあるセンサについて相関が高くなるため、ここでは、センサ１０２とセンサ１０４とが相関が高いとして選択される。このように、ビームフォーミング部４２１は、大動脈領域（ａ）については、センサ１０１、センサ１０２、センサ１０４を選択する。
ビームフォーミング部４２１は、選択されたセンサ１０１、センサ１０２、センサ１０４の出力の位相と振幅を制御して合成を行う（ステップＳ１０６）。
例えば、実際の音源からセンサまでの距離は、センサごとに異なるため、音源から到達する音について、位相も異なる。そのため、各センサからの信号を単純に加算すると、位相によっては振幅が０となってしまう可能性もあるため、音源に最も近いとして選択されたセンサからの信号に対して他の選択されたセンサからの信号の位相を合せるように調整して加算することで、より大きな振幅に調整することができる。

これにより、所望の信号（大動脈領域（ａ）からの大動脈弁が閉じる音）を最大化して得ることができるとともに、ＳＮＲを改善することができる。なお、ビームフォーミング部４２１は、相関が高いセンサ（例えばセンサ１０２、センサ１０４）を選択する際、何らかの要因で音源の位置を特定しにくい場合には、消去法を用いて、例えば相関の度合が低いものを選択候補から消去することでセンサを特定することもできる。

ビームフォーミング部４２１によって所望の信号が得られると、ノイズサプレッサ部４２２は、ビームフォーミング部４２１から得られた信号に対して所定の信号処理を行なってノイズ成分を抑圧し（ステップＳ１０７）、意味のある音を抽出（意味のない音を抑圧）し、外部に出力する。

取得部４２０は、他の領域の信号も取得するかを判定する（ステップＳ１０７）。ここでは、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ）についても取得する対象となっているため、取得すると判定し（ステップＳ１０７−ＹＥＳ）、残りの対象の領域から１つ（例えば肺動脈領域（ｂ））を選択し、ステップＳ１０３に移行する。これにより、肺動脈領域（ｂ）の特徴量データを読み出し、各センサから得られる信号との相関を分析する。なお、全ての領域について信号を取得した場合には、処理を終了する（ステップＳ１０７−ＮＯ）。なお、全ての領域について信号を取得した場合に処理を終了してもよいが、一定時間毎（例えば数秒毎）に、これらステップＳ１０１からステップＳ１０７の処理を繰り返して実行するようにしてもよい。

生体センサ１から出力される信号は、他の機器に入力される。例えば、医療機器等に入力された場合には、各領域（大動脈領域（ａ）、肺動脈領域（ｂ）、エルプ領域（ｃ）、三尖弁領域（ｄ）、僧帽弁領域（ｅ））から得られた音の信号に基づいて、心臓等における疾患の有無や疾患の状態について判定を行なうことができる。また、Ｄ／Ａ変換部を介してアナログ信号に変換された音信号をアンプで増幅し、スピーカから放音するようにしてもよい。これにより、診断を行なう利用者（例えば医者）は、各領域から得られた音を耳で聞くことができ、これに基づいて、心臓等における疾患の有無や疾患の状態について診断を行なうことができる。
また、生体センサ１から出力される信号に基づいて、画面上に表示あるいは印刷媒体に印刷することで、各領域にから得られた音の強さと時間の関係をグラフ等によって表すようにしてもよい。

次に、上述した第１の実施形態の他の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態における生体センサ１Ａの構成を示す概略ブロック図である。生体センサ１Ａは、センサユニット１０Ａと、音源分離部４０Ａとを有する。
センサユニット１０Ａは、センサ１１１、センサ１１２、センサ１１３、センサ１１４、センサ１１５、センサ１１６、センサ１１７、センサ１１８、センサ１１９を有する。これらセンサ１１１からセンサ１１９は、第１の実施形態と同様に、フィルム状のエレクトレットシートを用いることができる。
これらセンサの配置は、第１の実施形態におけるセンサユニット１０と同様に、縦方向に３行、横方向に３列となるように配列される。さらにセンサユニット１０Ａは、これらセンサの電極として、センサユニット１０Ａの第１主面（例えば、表面）に、電極ｘ１、電極ｘ２、電極ｘ３が設けられ、センサユニット１０Ａの第２主面（例えば、裏面）に、電極ｙ１、電極ｙ２、電極ｙ３が設けられる。
電極ｘ１、電極ｘ２、電極ｘ３は、それぞれ縦方向に平行になるように並べられ、それぞれ、３つのセンサに対応する位置に重ねて配置される。ここでは、電極ｘ１には、センサ１１１、センサ１１４、センサ１１７が重なるように配置され、電極ｘ２には、センサ１１２、センサ１１５、センサ１１８が重なるように配置され、電極ｘ３には、センサ１１３、センサ１１６、センサ１１９が重なるように配置される。
電極ｙ１、電極ｙ２、電極ｙ３は、それぞれ横方向に平行になるように並べられ、それぞれ、３つのセンサに対応する位置に重ねて配置される。ここでは、電極ｙ１には、センサ１１１、センサ１１２、センサ１１３が重なるように配置され、電極ｙ２には、センサ１１４、センサ１１５、センサ１１６が重なるように配置され、電極ｙ３には、センサ１１７、センサ１１８、センサ１１９が重なるように配置される。

音源分離部４０Ａは、マトリックススキャン部４５０と、信号処理部４５１とを有する。
マトリックススキャン部４５０は、センサ１１１からセンサ１１９のうち、信号を入力する対象のいずれか１つのセンサを選択し、選択された対象のセンサ部に対応する表面の電極と裏面の電極を選択し、センサから得られる信号を入力する。例えば、センサ１１１からの信号を入力する場合には、電極ｘ１と電極ｙ１を選択することで、センサ１１１からの信号を入力する。また、例えば、センサ１１８からの信号を入力する場合には、電極ｘ２と電極ｙ３を選択することで、センサ１１８からの信号を入力する。このように、マトリックススキャン部４５０は、取得する対象のセンサについて、ｘ側電極とｙ側電極とについてそれぞれ１つずつ選択することで、選択された電極が重なる位置に配置されているセンサ部からの信号を取得することができる。
このように表面三本および裏面三本の電極を厚み方向において重なるようにクロスさせてマトリクスを形成し、クロスポイントにセンサ１１１から１１９を配置すれば、シート型エレクトレット圧力センサとしては１枚シートのものを利用することができ、さらに電極から信号を取り出す配線数を少なくすることができるので、低コストでの実現が可能となる。

信号処理部４５１は、マトリックススキャン部４５０に対し、いずれのセンサからの信号を入力するかを指定する指定信号を出力し、この指定信号に応じてマトリックススキャン部４５０から得られる信号を入力し、所定の信号処理を行なう。指定信号を出力するにあたり、信号処理部４５１は、入力する対象のセンサ１１１から１１９を順に選択するようにして指定信号を出力することで、センサ１１１からセンサ１１９からをスキャンするようにして、各センサからの信号を順に入力することができる。
信号処理部４５１は、マトリックススキャン４５０から得られた信号に対し、ＡＤ変換機能によって、センサから得られるアナログの信号をデジタルの信号に変換し、上述の第１の実施形態のビームフォーミング部４２１、ノイズサプレッサ部４２２の機能と同様の処理を行なうことで、目的の信号を得る。このような処理は、１つの信号処理部４５１を用いる場合であっても、各センサから得られる信号を時分割で処理することができる。
信号処理部４５１は、ＣＰＵ（中央処理装置）によって実現することもできる。
なお、第２の実施形態における生体センサ１Ａにおいても、第１の実施形態における生体センサ１と同様に、音収集部３０、体動センサ２０とを設けるようにしてもよい。この場合、音収集部３０と体動センサ２０から得られる信号は、信号処理部４５１に入力され、信号処理部４５１が、音収集部３０から得られた信号と体動センサ２０から得られた信号を用いて、外部ノイズに起因する音の信号成分を除去する。
なお、上述のマトリックススキャン部４５０と信号処理部４５１と含むようにして取得部を構成するようにしてもよく、信号処理部４５１を取得部４２０として構成するようにしてもよい。

次に、第３の実施形態について説明する。
図５は、センサユニット１０Ｂの構成を示す概略構成図である。
センサユニット１０Ｂは、複数のセンサ１２１から１２９が設けられ、これらセンサの間が接続部材１３１から１４２によって接続される。センサ１２１から１２９は、上述した実施形態におけるセンサと同様に、フィルム状のエレクトレットシートを用いることができる。接続部材１３１から１４２は、伸縮性のある素材であって、その抵抗値が、接続されるセンサの間の距離に応じた抵抗値となるような素材（例えば、カーボンナノチューブ）が用いられる。

接続部材１３１は、センサ１２１とセンサ１２２とを接続する。接続部材１３２は、センサ１２２とセンサ１２３とを接続する。接続部材１３３は、センサ１２１とセンサ１２４とを接続する。接続部材１３４は、センサ１２２とセンサ１２５とを接続する。接続部材１３５は、センサ１２３とセンサ１２６とを接続する。接続部材１３６は、センサ１２４とセンサ１２５とを接続する。接続部材１３７は、センサ１２５とセンサ１２６とを接続する。接続部材１３８は、センサ１２４とセンサ１２７とを接続する。接続部材１３９は、センサ１２５とセンサ１２８とを接続する。接続部材１４０は、センサ１２６とセンサ１２９とを接続する。接続部材１４１は、センサ１２７とセンサ１２８とを接続する。接続部材１４２は、センサ１２８とセンサ１２９とを接続する。

センサユニット１０Ｂは、伸縮性のある接続部材で各センサが接続されているとともに、伸縮性がありかつ粘着性のある貼り付けシートと生体とに挟まれるようにして生体に対して貼り付けられる。
ここで、センサユニット１０Ｂが生体に装着された場合に、生体の表面が曲面になっていたとしても、貼り付けシート及び接続部材が伸縮することで、センサユニット１０Ｂを曲面に倣うように貼り付けることが可能である。また、呼吸や関節の曲げ伸ばしに応じて生体の取付け部位の表面形状が変化したとしても、その変化に応じて貼り付けシート及び接続部材が伸縮することで、センサユニット１０Ｂもその変化に追従するようにして、装着された状態を維持することができる。これにより、センサユニット１０Ｂの取付け対象の生体の部位の表面形状に凹凸があったとしても、その形状に倣うようにして容易に装着することができ、取付け対象の部位の自由度を上げことができる。

このようなセンサユニット１０Ｂを用いる場合、音源分離部４０（音源分離部４０Ａ）は、各接続部材１３１から１４２の抵抗値を検出し、この抵抗値に基づいて、各センサについて、隣接するセンサ同士における相対的な距離（あるいは位置）を検知することができる。そして、このセンサ間の距離に基づいてビームフォーミングを行なう際の位相調整を行なうことで、センサ間の相対位置が変化したとしても、位相調整における精度を向上させることができる。また、各センサの相対的な距離（あるいは位置）を検出することで、そのセンサ間の相対位置が変化したとしても、音源の位置を推定する精度を向上させることができる。

このセンサユニット１０Ｂは、第１の実施形態におけるセンサユニット１０の代わりに用いることができる。また、センサユニット１０Ｂは、第２の実施形態におけるセンサユニット１０Ａとして用いることができる。この場合、第２の実施形態における各電極（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｙ１、ｙ２、ｙ３）についても伸縮性がある素材が用いられる。

なお、上述した実施形態において、体動センサ２０、音収集部３０を用いて、外部からのノイズを除去する場合について説明したが、体動センサ２０、音収集部３０を用いずに、ノイズを除去するようにしてもよい。例えば、取得部４２０は、センサユニット１０（あるいは、センサユニット１０Ａ、センサユニット１０Ｂ）から得られた信号から、ビームフォーミングによって得られた信号を除去することで、ノイズ成分を得る。そして、このノイズ成分をビームフォーミングによって得られた信号から除去することで、ノイズを除去するようにしてもよい。これにより、体動センサ２０や音収集部３０を設けることなく、ノイズを除去することができる。

また、上述した実施形態において、取得部（例えば取得部４２０）は、ビームフォーミング部とノイズサプレッサ部とを用いる代わりに、独立成分分析（以下、ＩＣＡ）を行なって所望の信号を得る独立成分分析部を設けるようにしてもよい。ＩＣＡとは、例えば、複数の音検出装置で取得した観測信号（多変量の信号）を基に、同時に音を発している複数の音源信号を教師情報無しで分離獲得するための統計的手法である。
ＩＣＡを行なうことによって、音源に応じた音を得られると、取得部は、予め記憶された特徴量を用いることで、それぞれの音について、どの領域から得られた音であるかを対応付けるラベリング処理を行なう。これにより、どの領域からどのような音が得られたかを取得することができる。

また、上述の実施形態において、センサユニット１０（センサユニット１０Ａ、Ｂ）のセンサは、３行３列に配置される場合について説明したが、これに限られるものではなく、行方向と列方向のうちいずれか一方においてセンサが複数配列されればよい。このような一次元（線状）に配列したセンサユニットを橈骨動脈の長さ方向に対してに概略垂直方向になるように張り付ければ、動脈の位置を判定する手間を省いて動脈の脈波・脈動が検出でき、さらに、橈骨動脈の長さ方向に概略並行になるように（沿うように）張り付ければ、「寸」、「関」、「尺」と呼ばれる部位の脈波・脈動を検出することもできる。また、センサは、４行以上や４列以上であってもよい。また、六角形の頂点の対応する位置にセンサが配置されるようにし、この六角形が連続して上下左右に連なって配置される亀甲形となるように、センサが配列されるようにしてもよい。
また、センサユニットは、生体に対して粘着させることで装着するようにしたが、これ以外に、センサユニットをベルトやバンド等を用いて生体に装着するようにしてもよい。また、センサをシャツの裏面（生体に触れる面）に取付け、このシャツを被験者に着用してもらうことで、センサユニットを被験者に装着させるようにしてもよい。また、リストバンドを用いて被験者の手首に装着し、被験者の動脈（あるいは静脈）からの振動を検出するようにしてもよいし、眼鏡のつるにおける頭部に接する面にセンサを設け、被験者の頭部（たとえばこめかみ近傍）における動脈（あるいは静脈）からの振動を検出するようにしてもよい。

上述の生体センサを用いることで、心不全等を検査する対象の被験者（患者）の心音のモニタリング機器として用いることもできる。また、音源分離部から得られた信号から、心音の異常箇所の特定や疾患の識別をすることが可能となる。例えば、音源分離部から得られた信号弁の音を把握することで、狭窄、心臓の弁がうまく動いていないこと等を把握することが可能である。
また、上述の生体センサを、胸部に装着し、呼吸に伴う音（例えば肺音）の特徴量データを取得部内に記憶し、これと相関を取ることで、ＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺疾患）、ぜんそく等に関しても把握することができる。
また、上述の生体センサは、センサユニットを胸部以外に装着して被験者の状態をモニタリングすることもできる。例えば、センサユニットを妊婦の腹部に装着することにより、胎児の活動状況をモニタリングする胎児モニタとして利用することもできる。また、妊婦の腹部の張りの状態も把握することが可能となる。
生体センサのうち、センサユニットについては、必要に応じて音源分離部から取り外し、交換できるようにしてもよい。これにより、センサユニットを使い捨てにすることも可能である。特に、粘着シートを用いてセンサユニットを生体に装着する場合には、衛生面あるいは、粘着シートの粘着力の低下等を考慮して、必要なタイミングで交換できると使い勝手がよい場合がある。

また、上述した生体センサからの出力を遠隔に接続された機器に対して送信するようにしてもよい。例えば、生体センサからの出力をネットワークを介してクラウドに接続することで、被験者の様子を遠隔からモニタリングする、遠隔医療として利用することもできる。
また、特に遠隔においてモニタリングするにあたり、センサユニットを被験者自身が装着する場合もあり得る。このような場合、被験者は、必ずしも医療に精通しているとは限らないため、胸部に装着することを理解していたとしても、胸部のどの辺りに装着すればよいか具体的な位置を把握していない場合が考えられる。このような場合であっても、指定された部位に装着することができれば、部位における細かい位置がわからなくても、所望の信号を得ることができる。

以上説明したように、上述の生体センサによれば、音源の位置を特に意識にせず、生体における測定対象を含む部位（例えば胸部、腹部等）に装着するだけで、音源からの音を分離して得ることができるため、センサユニットを装着する細かな位置を事前に探したり、覚えておく必要がないため、装着する際における位置決めを簡単に行なうことができる。

また、体動や外部の音など、目的の音以外の音を含んだ信号がセンサから得られたとしても、ノイズを除去し、必要な音を得ることができるため、ロバストに所望の信号を得ることができる。

上述した実施形態における図１の音源分離部４０、図４の音源分離部４０Ａをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１，１Ａ，１Ｂ…生体センサ、１０，１０Ａ，１０Ｂ…センサアレイ部（センサユニット）、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９…センサ、２０…体動センサ、３０…音収集部、４０，４０Ａ…音源分離部、４１０…ノイズキャンセル部、４２０…取得部、４２１…ビームフォーミング部、４２２…ノイズサプレッサ部、４５０…マトリックススキャン部、４５１…信号処理部、１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６，１３７，１３８，１３９，１４０，１４１，１４２…接続部材

Claims (12)

1. 生体に装着可能であり少なくとも振動に基づく信号を得る複数のセンサからなるセンサアレイ部と、
   前記センサアレイ部の複数のセンサから得られる信号から選択または合成して所望の信号を取得する取得部と、
   を有する生体センサ。
2. 前記センサから得られた信号から、外部の音に応じた信号と前記生体の体動に応じた信号とのうち少なくともいずれか一方の信号を除去するノイズキャンセル部
   を有する請求項１に記載の生体センサ。
3. 前記取得部は、
   予め記憶された特徴量データと前記センサから得られた信号に基づく特徴量データとの相関に基づいて、他のセンサよりも相関の高い一または複数のセンサからの信号から所望の信号を得るビームフォーミング部
   を有する請求項１または２に記載の生体センサ。
4. 前記ビームフォーミング部は、
   前記複数のセンサのうち、前記特徴量データと相関が最も高い信号が得られたセンサを選択し、特定されたセンサからの信号と相関が高い他のセンサを選択し、これら選択された各センサから得られる信号から所望の信号を得る
   請求項３記載の生体センサ。
5. 前記取得部は、
   各センサから得られた信号に対して、所定の信号処理を行なってノイズ成分を低減することで所望の信号を抽出するノイズサプレッサ部
   を有する請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の生体センサ。
6. 前記取得部は、
   複数のセンサの出力から位相と振幅を調整し、目的の信号を取り出す
   請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の生体センサ。
7. 前記取得部は、
   各センサから得られた信号に対し、独立成分分析を行なうことで、所望の信号を得る
   請求項１記載の生体センサ。
8. 前記複数のセンサのうち信号を得る対象のセンサ部を順に選択する選択部
   を有する請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の生体センサ。
9. 前記複数のセンサのうち隣接するセンサ部の距離を検知する距離検知部を有し、
   前記ビームフォーミング部は、前記距離検知部によって検知された距離をビームフォーミングに用いて、所望の信号を得る
   請求項３または請求項４に記載の生体センサ。
10. 前記複数のセンサから得られた信号から、前記ビームフォーミングによって得られた信号を除去することで得られるノイズ成分を、前記前記ビームフォーミングによって得られた信号から除去するノイズキャンセル部
    を有する請求項３または請求項４に記載の生体センサ。
11. 前記センサは、フィルム状のエレクトレット圧力センサである
    請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の生体センサ。
12. 複数のセンサが、生体に装着可能であり少なくとも振動に基づく信号を得て、
    取得部が、前記複数のセンサから得られる信号から所望の信号を取得する
    生体センサの信号取得方法。

Images