JP2020018693A - アクティブ電極、脳波計、制御装置、及び、制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体信号の計測品質を向上することができるアクティブ電極を提供する。【解決手段】アクティブ電極は、生体に接触する計測電極５１ａと、計測電極５１ａによって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路５２ａと、第一増幅回路５２ａの第一出力信号をＡＤ変換する第一ＡＤ変換回路５４ａと、ＡＤ変換された第一出力信号に適用される第一フィルタ部５５ａと、第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路５６ａと、第一生体信号を計測するための計測モード、及び、第一テスト回路５６ａを用いて第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部５７１とを備える。計測モードにおける第一フィルタ部５５ａの特性は、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズに基づいて制御される。【選択図】図９

Description

本発明は、アクティブ電極、脳波計、制御装置、及び、制御方法などに関する。

被験者の脳波または心拍数等を生体信号として計測する生体信号計測装置が知られている。このような生体信号計測装置の一例として、特許文献１には、生体信号を記録しながら、患者に取り付けられた測定電極と中性電極ならびにそれらと接続されたリード線を監視できる装置が開示されている。

特開平１０−０２８６８０号公報

生体信号計測装置は、例えば、アクティブ電極によって実現される。アクティブ電極においては生体信号の計測品質の向上が課題である。例えば、生体信号の計測においてノイズを低減するためにフィルタを適用することが考えられるが、フィルタによって生体信号に歪み等が生じる可能性もある。

本発明は、生体信号の計測品質を向上することができるアクティブ電極、脳波計、制御装置、制御方法、及び、プログラムを提供する。

本発明の一態様に係るアクティブ電極は、生体に接触する第一電極と、前記第一電極によって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路と、前記第一増幅回路の第一出力信号をＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する第一ＡＤ変換回路と、ＡＤ変換された前記第一出力信号に適用される第一フィルタ部と、第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路と、前記第一生体信号を計測するための計測モード、及び、前記第一テスト回路を用いて前記第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部とを備え、前記計測モードにおける前記第一フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズに基づいて制御される。

本発明の一態様に係る脳波計は、前記アクティブ電極と、前記生体に装着される、前記第一電極が設けられた装着部とを備える。

本発明の一態様に係る制御装置は、アクティブ電極を制御する制御装置であって、前記アクティブ電極は、生体に接触する第一電極と、前記第一電極によって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路と、前記第一増幅回路の第一出力信号をＡＤ変換する第一ＡＤ変換回路と、ＡＤ変換された前記第一出力信号に適用される第一フィルタ部と、第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路とを備え、前記制御装置は、前記第一生体信号を計測するための計測モード、及び、前記第一テスト回路を用いて前記第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部を備え、前記計測モードにおける前記第一フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズに基づいて制御される。

本発明の一態様に係る制御方法は、アクティブ電極の制御方法であって、前記アクティブ電極は、生体に接触する第一電極と、前記第一電極によって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路と、前記第一増幅回路の第一出力信号をＡＤ変換する第一ＡＤ変換回路と、ＡＤ変換された前記第一出力信号に適用される第一フィルタ部と、第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路とを備え、前記制御方法は、前記第一生体信号を計測するための計測モード、及び、前記第一テスト回路を用いて前記第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替えるステップを含み、前記計測モードにおける前記第一フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズに基づいて制御される。

本発明の一態様に係るプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明のアクティブ電極、脳波計、制御装置、制御方法、及び、プログラムは、生体信号の計測生体信号の計測品質を向上することができる。

図１は、実施の形態に係る生体信号計測システムの構成を示す外観図である。 図２Ａは、耳掛け型の脳波計の形状及び概略構成の一例を示す図である。 図２Ｂは、首掛け型の脳波計の形状及び概略構成の一例を示す図である。 図２Ｃは、眼鏡型の脳波計の形状及び概略構成の一例を示す図である。 図３Ａは、被験者の皮膚と接触する電極の接触面の形状の第一の例を示す図である。 図３Ｂは、被験者の皮膚と接触する電極の接触面の形状の第二の例を示す図である。 図３Ｃは、被験者の皮膚と接触する電極の接触面の形状の第三の例を示す図である。 図３Ｄは、被験者の皮膚と接触する電極の接触面の形状の第四の例を示す図である。 図３Ｅは、被験者の皮膚と接触する電極の接触面の形状の第五の例を示す図である。 図４は、実施の形態に係る生体信号計測システムの全体構成を示すブロック図である。 図５は、脳波計及び情報処理装置の詳細な構成を示す機能ブロック図である。 図６は、脳波計のハードウェア構成を示すブロック図である。 図７は、情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図８は、実施の形態に係る生体信号計測システムの基本的な処理のフローを示すフローチャートである。 図９は、実施の形態に係る生体信号計測装置の、計測モードにおける詳細な構成を示す回路ブロック図である。 図１０は、実施の形態に係る生体信号計測装置の、テストモードにおける詳細な構成を示す回路ブロック図である。 図１１は、テストモードにおいて各抵抗素子が選択される場合のスイッチング素子の状態を示す図である。 図１２は、第一フィルタ部の機能構成を示すブロック図である。 図１３は、第一フィルタ部の動作のフローチャートである。 図１４は、テストモードにおいて計測された２０Ｈｚ程度の第一環境ノイズの波形を示す図である。 図１５は、計測モードにおけるノイズ波形を示す図である。 図１６は、第一アクティブ電極における部品配置の一例を示す図である。 図１７は、生体信号処理部の詳細な構成を示す図である。 図１８は、実施の形態に係る生体信号計測システムの表示動作例のフローチャートである。 図１９は、テストモードにおける提示部での第一の表示例を示す図である。 図２０は、テストモードにおける提示部での第二の表示例を示す図である。 図２１は、計測モードにおける提示部での表示例を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

（実施の形態）
［生体信号計測システムの概要］
図１は、実施の形態に係る生体信号計測システム１００の構成を示す外観図である。図１では、計測の対象となる被験者５も併せて図示されている。

生体信号計測システム１００は、被験者５の生体信号を計測するシステムであり、脳波計１０、情報処理装置２０、及び、提示部３０を備える。脳波計１０、情報処理装置２０及び提示部３０は、それぞれ有線通信又は無線通信によって接続され、装置間で情報を送受信する。

脳波計１０は、生体信号を検出する装置の一例であり、被験者５の耳部（より詳細には、耳部の周辺部）に装着される。複数の電極５１（図２Ａ参照）は、生体信号を計測する計測電極と、計測電極で計測した電位との差を計算するために用いられる基準電位を計測する参照電極とを含む。複数の電極５１には、アース電極が含まれてもよい。アース電極は、一般的にいうグランド電極（接地電位を有する電極）のことではなく、被験者５において基準電位となる電位を有する電極のことをいう。

また、脳波計１０は、被験者５が生体信号計測システム１００に対して操作情報を入力する操作入力装置１０ａ（図５参照）を備え、所望の処理を実現するための操作が入力される。

情報処理装置２０は、脳波計１０からの操作入力を受け取り、所定の処理を実施する。例えば、情報処理装置２０は、コンピュータである。ここでいう「所定の処理」とは、ゲーム、健康管理、学習等、家庭用のコンピュータで実施されるようなアプリケーションの総称である。

提示部３０は、情報処理装置２０で行われた処理結果を提示する出力デバイスである。ここでいう「提示する」とは、映像をディスプレイに表示すること、及び／又は音声をスピーカから出力することの両方を含む。すなわち、提示部３０は、画像情報を表示し、又は、音響情報を出力するディスプレイ及び／又はスピーカである。

［脳波計の構成］
図２Ａ〜図２Ｃは、脳波計１０の形状及び概略構成の一例を示す図である。図２Ａは、耳掛け型の脳波計１０を示し、図２Ｂは、首掛け型の脳波計１０を示し、図２Ｃは、眼鏡型の脳波計を示す。被験者５は、図２Ａ〜図２Ｃに示される脳波計１０を耳部に装着する。

図２Ａに示されるように、脳波計１０は、耳掛け型の脳波計であり、被験者５の耳部に沿うアーチ形状を有している。脳波計１０は、複数の電極５１、及び、装着部４０を備える。

装着部４０は、被験者５の耳部に装着される、複数の電極５１が設けられたアーチ状の部材である。装着部４０は、操作面４３を含み、操作面４３には、操作ボタン４１及び表示部４７が設けられる。複数の電極５１は、装着部４０の被験者と対向する面に設けられている。

被験者５は、脳波計１０を装着する前に、操作面４３に配置された操作ボタン４１を操作して脳波計１０を起動し、その後に、脳波計１０を耳部に装着する。操作面４３に配置された表示部４７には、操作の状態及びアプリケーションの処理結果等が表示される。

脳波計１０においては、例えば、複数の電極５１のうち被験者５の耳の上方（つまり、被験者５の脳の近く）に位置する電極は、後述する計測電極として用いられ、複数の電極５１のうち被験者５の耳の後方（例えば、乳様突起（マストイド）の近傍）に位置する電極は、後述する参照電極として用いられる。なお、このような電極の配置は一例であり、電極の配置は特に限定されない。

なお、図２Ｂに示されるように、２つの耳掛け型の脳波計１０が連結されて首かけ型の脳波計として使用されてもよい。図２Ｃに示されるように、２つの耳掛け型の脳波計１０が連結されて眼鏡型の脳波計として使用されてもよい。なお、眼鏡型の脳波計において、電極５１は、アーム上（テンプル上）に設けられていてもよい。

［電極形状］
図３Ａ〜図３Ｅは、被験者５の皮膚と接触する電極５１の接触面の形状例を示す図である。電極５１の材料は、導電性の物質によって構成される。電極５１の材料の一例は、金、又は、銀である。望ましい電極５１の材料は、銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）である。銀−塩化銀は生体と接触した場合の分極が少なく、かつ分極電圧が安定しているためである。

電極５１の接触面の形状は、医療用で使われる電極と同様の、図３Ａに示される円形（例えば、直径１０ｍｍ）でもよいし、それ以外にも、用途によってさまざまな形状としてもよい。例えば、図３Ｂに示されるような三角形や、図３Ｃに示されるような四角形又は正方形、図３Ｄに示されるような五角形や、図３Ｅに示されるような六角形であってもよい。

［生体信号計測システムの構成］
図４は、生体信号計測システム１００の全体構成を示すブロック図である。上述したように、生体信号計測システム１００は、脳波計１０、情報処理装置２０、及び、提示部３０を備える。脳波計１０は、操作入力装置１０ａ及び生体信号計測装置１０ｂを備える。

脳波計１０は、操作入力装置１０ａにおいて被験者５の操作入力を受け、生体信号計測装置１０ｂにおいて操作時の被験者５の生体信号を計測する。脳波計１０で計測された生体信号は、情報処理装置２０に送信される。

情報処理装置２０は、操作入力装置１０ａ又は生体信号計測装置１０ｂからの入力を受けて、所定の処理を実施し、提示部３０に対して処理結果を出力する。脳波計１０と情報処理装置２０とは、無線通信又は有線通信によって接続される。

図５は、脳波計１０及び情報処理装置２０の詳細な構成を示す機能ブロック図である。ここでは、脳波計１０と情報処理装置２０とが無線通信によって接続される場合を例として説明する。

まず、操作入力装置１０ａについて説明する。操作入力装置１０ａは、操作入力部１１及び操作信号出力部１２を備える。

操作入力部１１は、操作ボタン４１（図２Ａ及び図２Ｂ参照）から入力された操作入力情報を取得し、操作の内容を判定する入力器である。操作信号出力部１２は、操作入力部１１で取得された操作入力情報を情報処理装置２０に送信する送信器である。操作入力部１１で取得された操作入力情報は、操作信号出力部１２から情報処理装置２０に向けて送信される。

次に、生体信号計測装置１０ｂについて説明する。生体信号計測装置１０ｂは、電極部１３、生体信号増幅部１４、及び、生体信号出力部１５を備える。

電極部１３は、複数の電極５１で構成される。上述のように、複数の電極５１には、計測電極及び参照電極が含まれる。複数の電極５１は、例えば、被験者５の皮膚に接触する位置に配置される。

生体信号増幅部１４は、複数の電極５１によって検出される生体信号を増幅するアンプである。増幅された生体信号は、例えば、生体信号増幅部１４に設けられたＡＤ変換回路（図示せず）によりデジタル信号に変換される。なお、生体信号増幅部１４は、所定以上の電位の大きさの生体信号を計測できる場合には、生体信号を増幅する必要は無く、複数の電極５１の電位を計測するだけでもよい。

生体信号出力部１５は、生体信号増幅部１４で増幅された生体信号を情報処理装置２０に送信する送信器である。生体信号増幅部１４においてデジタル値に変換された生体信号は、生体信号出力部１５より情報処理装置２０に送信される。

次に、情報処理装置２０について説明する。情報処理装置２０は、操作信号取得部２１、生体信号取得部２２、生体信号処理部２３、アプリケーション処理部（アプリ処理部）２６、表示情報出力部２７及び音響情報出力部２８を備える。

情報処理装置２０は、操作入力情報を操作信号取得部２１において受信し、生体信号を生体信号取得部２２において受信することで、脳波計１０からの情報を受信する。

生体信号は、記録されただけの原信号では情報として使用できないことが多い。そのため、生体信号処理部２３において原信号から意味のある情報を抽出する処理が行われる。生体信号処理部２３は、例えば、脳波計測の場合には、特定の周波数（例えば１０Ｈｚ）の信号を抽出し、当該周波数での信号のパワースペクトル密度（Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を算出する。なお、生体信号処理部２３は、情報処理装置２０ではなく脳波計１０側に配置されてもよい。つまり、本実施の形態においては、脳波計１０と生体信号処理部２３とにより電子機器が構成されてもよい。

アプリケーション処理部２６では、情報処理装置２０の中心的なアプリケーション処理（アプリ処理）が行われる。アプリケーション処理は、脳波計１０から信号の入力を受けて所定の処理を行うことで実現される。所定の処理とは、例えば、ゲームアプリにおけるゲーム進行、健康管理アプリにおける記録・データ管理・表示、学習アプリにおける出題・採点・結果表示などである。

アプリケーション処理部２６で処理された結果は、アプリケーション処理部２６から表示情報出力部２７及び音響情報出力部２８に出力される。表示情報出力部２７及び音響情報出力部２８は、アプリケーション処理部２６で処理された結果を被験者５にフィードバックするために、視覚的又は聴覚的な信号を提示部３０に出力する。

提示部３０は、表示情報出力部２７及び音響情報出力部２８から出力された信号を提示（つまり、表示及び／又は音声出力）する。これにより、信号が被験者５に提示される。提示部３０は、例えば、テレビ、ディスプレイ、又は、スピーカである。

［脳波計のハードウェア構成］
図６は、脳波計１０のハードウェア構成を示すブロック図である。脳波計１０は、操作ボタン群７１、制御信号変換回路７２、計測電極５１ａ、参照電極５１ｂ、第一増幅回路５２ａ、第二増幅回路５２ｂ、第一ローパスフィルタ５３ａ、第二ローパスフィルタ５３ｂ、第一ＡＤ変換回路５４ａ、第二ＡＤ変換回路５４ｂ、第一フィルタ部５５ａ、第二フィルタ部５５ｂ、信号処理ユニット７８、送信回路７９、アンテナ８０、及びバッテリ８１を備える。

このうち、操作ボタン群７１と制御信号変換回路７２とは、図５に示した操作入力部１１に対応する。操作ボタン群７１における各ボタンは、操作ボタン４１に対応する。また、計測電極５１ａ及び参照電極５１ｂは、図２Ａ及び図２Ｂに示した電極５１及び図５に示した電極部１３に対応する。第一増幅回路５２ａ、第二増幅回路５２ｂ、第一ローパスフィルタ５３ａ、第二ローパスフィルタ５３ｂ、第一ＡＤ変換回路５４ａ、第二ＡＤ変換回路５４ｂ、第一フィルタ部５５ａ、及び、第二フィルタ部５５ｂは、生体信号増幅部１４に対応する。なお、図６では図示されないが、生体信号増幅部１４には、第一テスト回路、第二テスト回路、及び、制御装置なども含まれ、これらの構成要素については後述される。

信号処理ユニット７８は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、プログラム１０３及びＲＯＭ１０４を有する。また、信号処理ユニット７８と送信回路７９とアンテナ８０とは、図５に示した生体信号出力部１５及び／又は操作信号出力部１２として機能する。信号処理ユニット７８と送信回路７９とアンテナ８０とを「出力部」又は「送信器」と呼ぶこともある。

これらの各構成要素は、互いにバス１０５で接続され、相互にデータの授受が可能である。また、脳波計１０は、バッテリ８１を電源として動作する。

操作ボタン群７１に関する各ボタンの押下情報は、制御信号変換回路７２において脳波計１０の動作を制御する制御信号に変換され、バス１０５を経由してＣＰＵ１０１に送られる。

第一増幅回路５２ａには、計測電極５１ａが直接、又は、バッファアンプ等を経て接続される。第一増幅回路５２ａの第一出力信号は、第一ローパスフィルタ５３ａを通過した後、第一ＡＤ変換回路５４ａによってデジタルの生体信号に変換される。デジタルの生体信号は、第一フィルタ部５５ａ及びバス１０５を経由して信号処理ユニット７８（具体的には、ＣＰＵ１０１）に送られる。

第二増幅回路５２ｂには、参照電極５１ｂが直接、又は、バッファアンプ等を経て接続される。第二増幅回路５２ｂの第二出力信号は、第二ローパスフィルタ５３ｂを通過した後、第二ＡＤ変換回路５４ｂによってデジタルの生体信号に変換される。デジタルの生体信号は、第二フィルタ部５５ｂ及びバス１０５を経由して信号処理ユニット７８（具体的には、ＣＰＵ１０１）に送られる。

信号処理ユニット７８のＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０２に格納されたプログラム１０３を実行する。プログラム１０３には、後述する図８のフローチャートに示される、脳波計１０における信号の処理手順が記述されている。ＣＰＵ１０１は、このプログラム１０３に従ってデジタルの生体信号をダウンサンプリングし、送信回路７９を経由してアンテナ８０より送信する。プログラム１０３は、ＲＯＭ１０４に格納される場合もある。

なお、制御信号変換回路７２、信号処理ユニット７８、送信回路７９、第一増幅回路５２ａ、第二増幅回路５２ｂ、第一ローパスフィルタ５３ａ、第二ローパスフィルタ５３ｂ、第一ＡＤ変換回路５４ａ、第二ＡＤ変換回路５４ｂ、第一フィルタ部５５ａ、及び、第二フィルタ部５５ｂは、１つの半導体集積回路にコンピュータプログラムを組み込んだＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のハードウェアとして実現されてもよい。１つの半導体集積回路に実装すると、実装面積が削減され、消費電力が低減される効果も得られる。

また、第一増幅回路５２ａ、第二増幅回路５２ｂ、第一ローパスフィルタ５３ａ、第二ローパスフィルタ５３ｂ、第一ＡＤ変換回路５４ａ、第二ＡＤ変換回路５４ｂ、第一フィルタ部５５ａ、及び、第二フィルタ部５５ｂを１つの半導体集積回路に集積し、制御信号変換回路７２、信号処理ユニット７８、及び、送信回路７９を別の半導体集積回路に集積し、２つの半導体集積回路同士を１つのパッケージ内で接続してＳｉＰ（システム・イン・パッケージ）として統合し、コンピュータプログラムを組み込んだＤＳＰ等のハードウェアとして実現してもよい。上記２つの半導体集積回路を別々の製造プロセスで実現することで、１つの半導体集積回路に実装したものに比べコストが低減される効果も得られる。

［情報処理装置のハードウェア構成］
図７は、情報処理装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。情報処理装置２０は、アンテナ８３、受信回路８２、信号処理ユニット１０８、画像制御回路８４、表示情報出力回路８５、音響制御回路８６、音響情報出力回路８７及び電源８８を備える。これらの構成要素のうち、アンテナ８３と受信回路８２とは、図５に示した生体信号取得部２２及び／又は操作信号取得部２１に対応する。これらを「受信器」と呼ぶこともある。

信号処理ユニット１０８は、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、プログラム１１３及びＲＯＭ１１４を有する。信号処理ユニット１０８は、図５に示した生体信号処理部２３及び／又はアプリケーション処理部２６に対応する。画像制御回路８４及び表示情報出力回路８５は、図５に示した表示情報出力部２７に対応する。また、音響制御回路８６及び音響情報出力回路８７は、図５に示した音響情報出力部２８に対応する。これらは互いにバス１１５で接続され、相互にデータの授受が可能である。また、それぞれの回路には電源８８から電力が供給される。

脳波計１０からの操作情報及び生体情報はアンテナ８３を経由して受信回路８２で受信され、バス１１５を経由してＣＰＵ１１１に送られる。

ＣＰＵ１１１は、ＲＡＭ１１２に格納されたプログラム１１３を実行する。プログラム１１３には、後述する図８のフローチャートに示される、情報処理装置２０における信号の処理手順が記述されている。情報処理装置２０は、このプログラム１１３に従って操作信号と生体信号とを変換し、所定のアプリケーションを実行するための処理を行い、被験者５に画像や音響によってフィードバックを行うための信号を生成する。プログラム１１３は、ＲＯＭ１１４に格納される場合もある。

信号処理ユニット１０８で生成された画像のフィードバック信号は、画像制御回路８４を経由して表示情報出力回路８５から提示部３０に出力される。同様に、信号処理ユニット１０８で生成された音響のフィードバック信号は、音響制御回路８６を経由して音響情報出力回路８７から出力される。

なお、信号処理ユニット１０８と受信回路８２と画像制御回路８４と音響制御回路８６とは、１つの半導体集積回路にプログラムを組み込んだＤＳＰ等のハードウェアとして実現されてもよい。１つの半導体集積回路にすると、消費電力が低減される効果も得られる。

［生体信号計測システムの動作］
次に、以上のように構成された本実施の形態に係る生体信号計測システム１００の動作について説明する。

図８は、生体信号計測システム１００の基本的な処理のフローを示すフローチャートである。ステップＳ１１からステップＳ１４までは脳波計１０における処理（ステップＳ１０）を示し、ステップＳ２１からステップＳ２５までは情報処理装置２０における処理（ステップＳ２０）を示す。

はじめに、脳波計１０における処理ステップＳ１０について説明する。

＜ステップＳ１１＞
操作入力部１１は、被験者５により行われた操作入力を受け付ける。具体的には、受付のタイミングでどの操作ボタン４１が押されているかを検出する。受付のタイミングの例は、操作ボタン４１が押下された時である。操作ボタン４１が押下されたか否かの検出は、例えば、操作ボタン４１が押下されたときの機械的なボタン位置の変化、又は、電気信号の変化を検出することにより行われる。また、操作入力部１１は、押下された操作ボタン４１の種類により、操作入力部１１が受け付けた操作入力の種類を検出し、操作信号出力部１２に伝達する。

＜ステップＳ１２＞
操作信号出力部１２は、操作入力部１１が受け付けた操作入力に対応する操作信号を情報処理装置２０に送信する。

＜ステップＳ１３＞
生体信号増幅部１４は、電極部１３における複数の電極５１の電位に相当する生体信号を計測し、増幅する。例えば、電極部１３における複数の電極５１のうち、耳の上方に配置された計測電極５１ａの電位、及び、耳の後方に配置された参照電極５１ｂの電位を生体信号として計測する。また、生体信号増幅部１４は、計測した生体信号を増幅、ＡＤ変換、及び、フィルタ処理する。増幅、ＡＤ変換、及び、フィルタ処理された生体信号は、生体信号増幅部１４から生体信号出力部１５へ伝達される。

＜ステップＳ１４＞
さらに、生体信号出力部１５は、伝達された生体信号を情報処理装置２０へ送信する。生体信号出力部１５は、具体的には、生体信号を所定の通信規格に適したビットレートにダウンサンプリングして情報処理装置２０へ送信する。

なお、脳波計１０における処理ステップＳ１０において、ステップＳ１１及びステップＳ１２と、ステップＳ１３及びステップＳ１４とは、それぞれ並列な処理として行ってもよく、ステップＳ１１からステップＳ１４の処理を、全て上述した順序どおりに行う必要は無い。

次に、情報処理装置２０における処理ステップＳ２０について説明する。

＜ステップＳ２１＞
情報処理装置２０において、操作信号取得部２１は、操作信号出力部１２からの操作信号を受信する。操作信号取得部２１は、受信した操作信号をアプリケーション処理部２６に伝達する。

＜ステップＳ２２＞
生体信号取得部２２は、生体信号出力部１５からの生体信号を受信する。生体信号取得部２２は、受信した生体信号を、生体信号処理部２３に伝達する。

＜ステップＳ２３＞
生体信号取得部２２にて受信した生体信号を、生体信号処理部２３にて分析処理して、意味のある情報を抽出する。例えば、所定の周波数成分の生体信号を抽出する。所定の周波数成分とは、例えば脳波の計測の場合には１０Ｈｚである。

＜ステップＳ２４＞
アプリケーション処理部２６は、操作信号取得部２１からの操作信号と生体信号処理部２３からの生体信号を受けて、現在のアプリを実行するための所定の処理を行う。所定の処理とは、上述したように、例えば、ゲームアプリにおけるゲーム進行、健康管理アプリにおける記録・データ管理・表示、学習アプリにおける出題・採点・結果表示などである。

＜ステップＳ２５＞
アプリケーション処理部２６の処理結果を被験者５にフィードバックするために、表示情報出力部２７は映像情報を提示部３０に出力し、音響情報出力部２８は音響情報を提示部３０に出力する。これにより、提示部３０からは、処理結果に対応する画像及び音が出力される。

なお、情報処理装置２０における処理ステップＳ２０において、ステップＳ２２及びステップＳ２３と、ステップＳ２４の処理は、それぞれ並列な処理として行ってもよい。また、アプリケーション処理部２６は、操作信号取得部２１からの操作信号と生体信号処理部２３からの生体信号の両方の信号を用いて処理を行う必要はなく、生体信号のみを用いて処理を行ってもよい。その場合には、操作信号を受信するステップＳ２１を省略することもできる。

以上のような処理のフローによって、生体信号計測システム１００は、被験者５から脳波を得ることができる。

［生体信号計測装置の詳細な構成］
次に、脳波計１０が備える生体信号計測装置１０ｂの詳細な構成について説明する。図９は、脳波計１０が備える生体信号計測装置１０ｂの詳細な構成を示す回路ブロック図である。図９には、脳波計１０が備えるハードウェア構成のうち、生体信号計測装置１０ｂに関連するハードウェア構成が示されている。

生体信号計測装置１０ｂは、主として、第一アクティブ電極６０ａ、第二アクティブ電極６０ｂ、制御装置５７、信号処理ユニット７８、及び、送信回路７９を備える。第一アクティブ電極６０ａには、計測電極５１ａ、第一増幅回路５２ａ、第一ローパスフィルタ５３ａ、第一ＡＤ変換回路５４ａ、第一フィルタ部５５ａ、及び、第一テスト回路５６ａが含まれる。第二アクティブ電極６０ｂには、参照電極５１ｂ、第二増幅回路５２ｂ、第二ローパスフィルタ５３ｂ、第二ＡＤ変換回路５４ｂ、第二フィルタ部５５ｂ、及び、第二テスト回路５６ｂが含まれる。なお、生体信号計測装置１０ｂが一つのアクティブ電極とみなされてもよい。アクティブ電極とは、計測用の電極及び計測用の周辺回路を含む広義の計測デバイスを意味する。

第一増幅回路５２ａは、生体に接触する計測電極５１ａによって検出される第一生体信号が入力される増幅器である。計測電極５１ａは、第一電極の一例である。第一増幅回路５２ａは、電圧増幅を行うが、電圧増幅率は１（インピーダンス変換を行う）の場合もある。なお、本明細書において、「増幅回路」又は「増幅器」の用語は、必ずしも１よりも大きな電圧増幅率をもつアンプだけに限られず、電圧増幅率が１以下である増幅回路又は増幅器も含まれる。

第二増幅回路５２ｂは、生体に接触する参照電極５１ｂによって検出される第二生体信号が入力される増幅器である。参照電極５１ｂは、第二電極の一例である。第二増幅回路５２ｂは、電圧増幅を行うが、電圧増幅率は１（インピーダンス変換を行う）の場合もある。

第一ローパスフィルタ５３ａは、第一増幅回路５２ａからの第一出力信号の不要な高周波成分を除去するフィルタである。第一ローパスフィルタ５３ａは、例えば、カットオフ周波数が１００Ｈｚのアクティブフィルタである。

第二ローパスフィルタ５３ｂは、第二増幅回路５２ｂからの第二出力信号の不要な高周波成分を除去するフィルタである。第二ローパスフィルタ５３ｂは、例えば、カットオフ周波数が１００Ｈｚのアクティブフィルタである。

第一ＡＤ変換回路５４ａは、第一ローパスフィルタ５３ａを通過した第一出力信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する変換器である。第一ＡＤ変換回路５４ａは、例えば、１ｋＨｚサンプリングによって第一出力信号を１２ビットのデジタル信号に変換する。

第二ＡＤ変換回路５４ｂは、第二ローパスフィルタ５３ｂを通過した第二出力信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する変換器である。第二ＡＤ変換回路５４ｂは、例えば、１ｋＨｚサンプリングによって第二出力信号を１２ビットのデジタル信号に変換する。

第一フィルタ部５５ａは、ＡＤ変換された第一出力信号（つまり、第一ＡＤ変換回路５４ａから出力されるデジタル信号）に適用されるデジタルフィルタである。第一フィルタ部５５ａは、ＡＤ変換された第一出力信号に含まれる第一環境ノイズを除去するためのフィルタである。第一フィルタ部５５ａの具体的な構成については後述される。

環境ノイズとは、被験者５（生体）に起因しないノイズであって計測環境に依存するノイズを意味する。第一環境ノイズは、例えば、交流電源に起因するハムノイズであり、日本においては５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのノイズである。その他の環境ノイズとしては、風による１Ｈｚ付近のノイズ、音声による３００Ｈｚ以上のノイズ、及び、工事現場または工場から出る２０〜３００Ｈｚの低周波ノイズ等が例示される。

第二フィルタ部５５ｂは、ＡＤ変換された第二出力信号（つまり、第二ＡＤ変換回路５４ｂから出力されるデジタル信号）に適用されるデジタルフィルタである。第二フィルタ部５５ｂは、ＡＤ変換された第二出力信号に含まれる第二環境ノイズを除去するためのフィルタであり、第二環境ノイズは、例えば、ハムノイズである。第二フィルタ部５５ｂの具体的な構成については後述される。

信号処理ユニット７８は、第一フィルタ部５５ａから出力されるデジタル信号、及び、第二フィルタ部５５ｂから出力されるデジタル信号のそれぞれをダウンサンプリングする。ダウンサンプリングは、例えば、２００Ｈｚサンプリングで行われる。ダウンサンプリングは、送信回路７９が使用する無線通信の通信規格に送信対象のデジタル信号のビットレートを適合させるために行われる。

［テスト回路及び制御装置］
信号処理ユニット７８において２００Ｈｚサンプリングのダウンサンプリングが行われる構成においては、６０Ｈｚのハムノイズの三次高調波成分（１８０Ｈｚ）の折り返しが生じ、脳波計の計測対象の周波数帯域（例えば、０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚ）内に２０Ｈｚのノイズが重畳する場合がある。

第一フィルタ部５５ａ、及び、第二フィルタ部５５ｂは、このようなハムノイズを低減するために設けられている。しかしながら、上記のようなハムノイズの影響が小さい場合にまで第一フィルタ部５５ａ、及び、第二フィルタ部５５ｂが適用されると、生体信号の計測精度が低下してしまう可能性がある。

そこで、生体信号計測装置１０ｂは、第一テスト回路５６ａ、第二テスト回路５６ｂ、及び、制御装置５７を備える。第一テスト回路５６ａ及び第二テスト回路５６ｂは、電極と頭皮の接触インピーダンスを模擬した抵抗回路であり、制御装置５７は、抵抗回路が増幅回路に電気的に接続された状態（接触インピーダンスを想定した状態）のノイズに基づいて第一フィルタ部５５ａ及び第二フィルタ部５５ｂの特性を制御する。制御装置５７は、例えば、ノイズレベルが所定レベル以下である場合に第一フィルタ部５５ａ及び第二フィルタ部５５ｂをオフする。これにより、ノイズレベルが低い場合にＡＤ変換された第一出力信号が第一フィルタ部５５ａをスルーして（つまり、フィルタ処理されずに）そのまま信号処理ユニット７８に出力され、ＡＤ変換された第二出力信号が第二フィルタ部５５ｂをスルーしてそのまま信号処理ユニット７８に出力される。したがって、生体信号の計測精度の低下を抑制することができる。

以下、第一テスト回路５６ａ、第二テスト回路５６ｂ、及び、制御装置５７の詳細な構成について説明する。

第一テスト回路５６ａは、第一環境ノイズを計測するための抵抗回路である。第一テスト回路５６ａは、計測電極５１ａ及び第一増幅回路５２ａの間に位置する。第一テスト回路５６ａは、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｅと、第一抵抗素子ｒ１１〜ｒ１３とを含む。

スイッチング素子Ｓ１、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｅは、制御装置５７から出力される制御信号ｓ１、ｓ１ａ〜ｓ１ｅによってオン及びオフが制御されるスイッチング素子である。第一スイッチング素子Ｓ１、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｅは、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるが、バイポーラトランジスタなどのその他のスイッチング素子であってもよい。スイッチング素子Ｓ１、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｅは、例えば、制御信号ｓ１、ｓ１ａ〜ｓ１ｅがハイレベルのときにオンし、制御信号ｓ１、ｓ１ａ〜ｓ１ｅがローレベルのときにオフする。スイッチング素子Ｓ１、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｅは、制御信号ｓ１、ｓ１ａ〜ｓ１ｅがローレベルのときにオンし、制御信号ｓ１、ｓ１ａ〜ｓ１ｅがハイレベルのときにオフしてもよい。

第一抵抗素子ｒ１１〜ｒ１３は、接触インピーダンスを模擬した抵抗素子である。第一抵抗素子ｒ１１は、１０ｋΩであり、第一抵抗素子ｒ１２は、２０ｋΩであり、第一抵抗素子ｒ１３は、３０ｋΩである。第一抵抗素子ｒ１１〜ｒ１３は、例えば、計測電極５１ａの種類（例えば、ドライ電極であるかウェット電極であるか）に応じて選択的に用いられる。なお、第一テスト回路５６ａは、少なくとも１つの第一抵抗素子を含めばよい。また、第一抵抗素子の抵抗値は一例であり、第一抵抗素子の抵抗値は経験的または実験的に適宜定められればよい。

第二テスト回路５６ｂは、第二環境ノイズを計測するための抵抗回路である。第二テスト回路５６ｂは、参照電極５１ｂ及び第二増幅回路５２ｂの間に位置する。第二テスト回路５６ｂは、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｅと、第二抵抗素子ｒ２１〜ｒ２３とを含む。

スイッチング素子Ｓ２、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｅは、制御装置５７から出力される制御信号ｓ２、ｓ２ａ〜ｓ２ｅによってオン及びオフが制御されるスイッチング素子である。第二スイッチング素子Ｓ２、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｅは、例えば、ＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタなどのその他のスイッチング素子であってもよい。スイッチング素子Ｓ２、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｅは、例えば、制御信号ｓ２、ｓ２ａ〜ｓ２ｅがハイレベルのときにオンし、制御信号ｓ２、ｓ２ａ〜ｓ２ｅがローレベルのときにオフする。スイッチング素子Ｓ２、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｅは、制御信号ｓ２、ｓ２ａ〜ｓ２ｅがローレベルのときにオンし、制御信号ｓ２、ｓ２ａ〜ｓ２ｅがハイレベルのときにオフしてもよい。

第二抵抗素子ｒ２１〜ｒ２３は、接触インピーダンスを模擬した抵抗素子である。第二抵抗素子ｒ２１は、１０ｋΩであり、第二抵抗素子ｒ２２は、２０ｋΩであり、第二抵抗素子ｒ２３は、３０ｋΩである。第二抵抗素子ｒ２１〜ｒ２３は、例えば、参照電極５１ｂの種類（例えば、ドライ電極であるかウェット電極であるか）に応じて選択的に用いられる。なお、第一テスト回路５６ａは、少なくとも１つの第二抵抗素子を含めばよい。また、第二抵抗素子の抵抗値は一例であり、第二抵抗素子の抵抗値は経験的または実験的に適宜定められればよい。

制御装置５７は、制御部５７１、ＲＡＭ５７２、及び、ＲＯＭ５７４を有する。制御部５７１は、ＲＡＭ５７２に記憶されたプログラム５７３を実行することにより、第一生体信号を計測するための計測モードと、第一テスト回路５６ａ及び第二テスト回路５６ｂを用いて第一環境ノイズ及び第二環境ノイズを計測するためのテストモードとを切り替える。制御装置５７は、例えば、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）によって実現される。

上記図９は、計測モードを示す図であり、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ１ｂがオンされることにより、計測電極５１ａが第一増幅回路５２ａの入力端子に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ２ｂがオンされることにより、参照電極５１ｂが第二増幅回路５２ｂの入力端子に接続されている。

一方、図１０は、テストモードにおける生体信号計測装置１０ｂの詳細な構成を示す回路ブロック図である。図１０においては、スイッチング素子Ｓ１ａがオンされることにより第一抵抗素子ｒ１３（３０ｋΩ）の一端が交流的に接地され、スイッチング素子Ｓ１ｅがオンされることにより第一抵抗素子ｒ１３の他端が第一増幅回路５２ａの入力端子に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ２ａがオンされることにより第二抵抗素子ｒ２３（３０ｋΩ）の一端が交流的に接地され、スイッチング素子Ｓ２ｅがオンされることにより第二抵抗素子ｒ２３の他端が第二増幅回路５２ｂの入力端子に接続されている。

図１０は、３０ｋΩの抵抗素子が選択されたテストモードにおける回路構成を示しているが、１０ｋΩの抵抗素子及び２０ｋΩの抵抗素子が選択された場合も同様である。図１１は、テストモードにおいて各抵抗素子が選択される場合のスイッチング素子の状態を示す図である。

なお、テストモードにおいては、基本的には、第一テスト回路５６ａの３つの第一抵抗素子が選択的に使用されるが、２つ以上の第一抵抗素子が同時に使用されてもよい。例えば、第一抵抗素子ｒ１１及び第一抵抗素子ｒ１２が同時に使用され、第一抵抗素子ｒ１１及び第一抵抗素子ｒ１２が並列接続されてもよい。第二テスト回路５６ｂについても同様である。

このように、制御部５７１は、計測モードにおいては、計測電極５１ａ及び第一抵抗素子のうち計測電極５１ａを選択的に第一増幅回路５２ａに接続し、テストモードにおいては、計測電極５１ａ及び第一抵抗素子のうち第一抵抗素子を選択的に第一増幅回路５２ａに接続する。また、制御部５７１は、計測モードにおいては、参照電極５１ｂ及び第二抵抗素子のうち参照電極５１ｂを選択的に第二増幅回路５２ｂに接続し、テストモードにおいては、参照電極５１ｂ及び第二抵抗素子のうち第二抵抗素子を選択的に第二増幅回路５２ｂに接続する。

［フィルタ部の構成及び動作］
次に、第一フィルタ部５５ａの構成及び動作について説明する。図１２は、第一フィルタ部５５ａの機能構成を示すブロック図である。なお、第二フィルタ部５５ｂの構成及び動作は、第一フィルタ部５５ａと同様であるため詳細な説明が省略される。

図１２に示されるように、第一フィルタ部５５ａは、ノイズレベル検出器５５１ａ、第一環境ノイズの基本波の周波数成分を低減するための基本波用ノッチフィルタ５５２ａ、及び、第一環境ノイズのｎ次高調波（ｎは２以上の整数）の周波数成分を低減するための高調波用ノッチフィルタを含む。高調波用ノッチフィルタは、例えば、三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａ及び五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａであるが、第一フィルタ部５５ａは、偶数次の高調波用ノッチフィルタを含んでもよい。第一フィルタ部５５ａは、少なくとも１つのノッチフィルタを含めばよい。

基本波用ノッチフィルタ５５２ａ、三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａ、及び、五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａは、直列接続されており、ノイズレベル検出器５５１ａによって独立してオン及びオフが制御可能である。なお、実施の形態において、フィルタ（あるいはフィルタ部）をオンするとは、フィルタ処理を行う（つまり、フィルタを適用する）ことを意味し、フィルタをオフするとは、フィルタ処理を行わずにそのままスルーする（つまり、フィルタを適用しない）ことを意味する。

以下、第一フィルタ部５５ａの動作について説明する。図１３は、第一フィルタ部５５ａの動作のフローチャートである。

ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおけるノイズレベルを検出し（Ｓ３１）、ノイズレベルが１０μＶｐ−ｐ以上であるか否かを判定する（Ｓ３２）。ノイズレベル検出器５５１ａによってノイズレベルが１０μＶｐ−ｐ未満であると判定されると（Ｓ３２でＮｏ）、動作は終了となり、計測モードにおいて基本波用ノッチフィルタ５５２ａ、三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａ、及び、五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａの全てがオフ状態となる。つまり、計測モードにおいて第一フィルタ部５５ａが適用されない。

ノイズレベル検出器５５１ａは、ノイズレベルが１０μＶｐ−ｐ以上であると判定すると（Ｓ３２でＹｅｓ）、計測モードにおいて基本波用ノッチフィルタ５５２ａをオンする（Ｓ３３）。

次に、ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおける三次高調波成分（パワースペクトル密度）が１ｕＶ／√Ｈｚ以上であるか否かを判定する（Ｓ３４）。三次高調波成分は、例えば、１８０Ｈｚの成分である。ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおける三次高調波成分が１ｕＶ／√Ｈｚ未満であると判定すると（Ｓ３４でＮｏ）、計測モードにおいて三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａをオンしない。

ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおける三次高調波成分が１ｕＶ／√Ｈｚ以上であると判定すると（Ｓ３４でＹｅｓ）、計測モードにおいて三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａをオンする（Ｓ３５）。そして、ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおける五次高調波成分が１ｕＶ／√Ｈｚ以上であるか否かを判定する（Ｓ３６）。五次高調波成分は、例えば、３００Ｈｚの成分である。ステップＳ３６の判定は、計測モードにおいて三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａをオンしない場合（Ｓ３４でＮｏ）も行われる。

ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおける五次高調波成分が１ｕＶ／√Ｈｚ未満であると判定すると（Ｓ３６でＮｏ）、計測モードにおいて五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａをオンしない。ノイズレベル検出器５５１ａは、テストモードにおける五次高調波成分が１ｕＶ／√Ｈｚ以上であると判定すると（Ｓ３６でＹｅｓ）、計測モードにおいて五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａをオンする（Ｓ３７）。

以上のように、計測モードにおいて、第一フィルタ部５５ａに含まれる三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａは、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズの特定の周波数成分（１８０Ｈｚ）のノイズレベルが所定レベル（１ｕＶ／√Ｈｚ）以上である場合にオンされ、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズの特定の周波数成分のノイズレベルが所定レベル未満である場合にオフされる。五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａも同様である。また、基本波用ノッチフィルタ５５２ａについても同様の制御が行われてもよい。

これにより、ノイズ影響を低減するために必要なノッチフィルタのみがオンされるため、不要なノッチフィルタがオンされてしまうことによる生体信号の計測精度の低下が抑制される。

図１４は、テストモードにおいて計測された２０Ｈｚ程度の第一環境ノイズの波形を示す図である。第一環境ノイズの計測結果に基づいて計測モードにおいて第一フィルタ部５５ａがオンされると、図１５に示されるように第一フィルタ部５５ａによって第一環境ノイズが劇的に低減される。図１５は、計測モードにおけるノイズ波形を示す図であり、図１５の縦軸のスケールは、図１４の縦軸のスケールに比べてかなり小さく、被験者５の脳波を測定できるレベルにある。

なお、図１３は、第一フィルタ部５５ａの動作の一例を示すものである。計測モードにおける第一フィルタ部５５ａの特性は、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズに基づいて制御されればよい。例えば、第一環境ノイズのピーク周波数に基づいて第一フィルタ部５５ａに含まれるノッチフィルタの阻止帯域の中心周波数、及び、阻止帯域幅等が制御されてもよい。第一環境ノイズに合わせて第一フィルタ部５５ａの特性が決定されれば、品質が良い安定した脳波計測が可能となる。

［アクティブ電極における部品配置］
次に、第一アクティブ電極６０ａにおける部品配置について説明する。図１６は、第一アクティブ電極６０ａにおける部品配置の一例を示す図である。なお、第二アクティブ電極６０ｂにおける部品配置については、第一アクティブ電極６０ａと同様であるため詳細な説明が省略される。

図１６に示されるように、計測電極５１ａは、直径１０ｍｍ程度であり、計測電極５１ａよりも小さい基板５８ａの一方の主面（図１６の奥側の主面）に実装される。第一テスト回路５６ａ及び第一増幅回路５２ａは、基板５８ａの他方の主面（図１６の手前側の面）に実装される。

計測電極５１ａ及び第一テスト回路５６ａは、基板５８ａの外に位置する直径１ｍｍ程度の円形のコンタクト部５９ａを介して電気的に接続される。第一テスト回路５６ａ及び第一増幅回路５２ａのそれぞれは、入力側（図１６の左側）から出力側（図１６の右側）までの幅が３ｍｍ程度の領域内に全部が実装される。

第一アクティブ電極６０ａにおいて、第一テスト回路５６ａと第一増幅回路５２ａとの距離Ｘは、５ｍｍ以下である。距離Ｘは、より詳細には、第一テスト回路５６ａの入力端子の位置（第一テスト回路５６ａが実装される領域の左側の端部）から第一増幅回路５２ａの入力端子の位置（第一増幅回路５２ａが実装される領域の左側の端部）までの距離である。距離Ｘは、図１６の左右方向（言い換えれば、第一テスト回路５６ａ及び第一増幅回路５２ａの並び方向）における直線距離である。このように距離Ｘが短くされれば、不要ノイズの発生及び不要ノイズの飛び込みが抑制される。

［生体信号計測システムの表示動作例］
次に、生体信号計測システム１００の、被験者５の脳波の波形の表示動作例について説明する。まず、表示動作例の説明に関連して、情報処理装置２０の生体信号処理部２３の詳細構成について説明する。図１７は、生体信号処理部２３の詳細な構成を示す図である。図１７に示されるように、生体信号処理部２３は、生体信号波形調整部２３ａと、生体信号解析部２３ｂとを備える。

生体信号波形調整部２３ａは、生体信号取得部２２で取得された生体信号に対して、振幅の調整などの波形調整を行う。

生体信号解析部２３ｂは、波形調整された生体信号にソフトウェア的なフィルタ処理を行う。例えば、生体信号解析部２３ｂは、高域通過フィルタ、または、低域通過フィルタとして機能する。フィルタのカットオフ周波数はユーザによって適宜変更可能である。また、生体信号解析部２３ｂは、ハムノイズの周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）のみを遮断するノッチフィルタを備えていてもよい。生体信号解析部２３ｂは、これらのフィルタ等を用いて信号処理を行い、表示情報出力部２７を経由して提示部３０によって表示される生体電位波形を生成する。また、生体信号解析部２３ｂは、波形調整された生体信号から特定の周波数の信号を抽出し、当該周波数での信号のパワースペクトル密度を算出してもよい。

次に、生体信号計測システム１００の表示動作例について説明する。図１８は、生体信号計測システム１００の表示動作例のフローチャートである。図１９は、テストモードにおける提示部３０での第一の表示例を示す図である。図２０は、テストモードにおける提示部３０での第二の表示例を示す図である。図２１は、計測モードにおける提示部３０での表示例を示す図である。

まず、アプリ処理部２６は、初期処理を行う（Ｓ４１）。図１９〜図２１に示されるように、アプリ処理部２６は、初期処理において、提示部３０における電極図示部３０ｃに、被験者５が装着している脳波計１０が備える計測電極５１ａ及び参照電極５１ｂの位置を表示する。

次に、アプリ処理部２６は、テストモードであるか否かを判定する（Ｓ４２）。操作ボタン４１に対してテストモードを指示する操作が行われる場合、アプリ処理部２６は、テストモードを指示する操作に応じて脳波計１０から送信される通知信号が操作信号取得部２１によって取得されたか否かを判定する。また、テストモードを指示する操作が、情報処理装置２０が備えるユーザインターフェース（図示せず）に対して行われる場合、アプリ処理部２６は、このような操作が行われたか否かを判定する。

アプリ処理部２６は、テストモードであると判定した場合（Ｓ４２でＹＥＳ）、図１９及び図２０に示されるように、提示部３０における計測情報表示部３０ａに、「環境ノイズ計測中」と表示する（Ｓ４３）。また、アプリ処理部２６は、提示部３０におけるフィルタ状態表示部３０ｄに、第一フィルタ部５５ａ及び第二フィルタ部５５ｂの使用状態を表示する。なお、図１９の表示例及び図２０の表示例は、フィルタ状態が互いに異なっている。

そして、生体信号計測装置１０ｂにおいて環境ノイズ信号が計測され（Ｓ４４）、得られた環境ノイズ信号は、生体信号取得部２２を介して生体信号処理部２３に伝送される。

環境ノイズ信号を取得した生体信号処理部２３において、生体信号波形調整部２３ａは、環境ノイズ信号の波形を調整し（Ｓ４５）、生体信号解析部２３ｂは、波形調整された環境ノイズ信号にフィルタ処理等の信号処理を行う。この結果、生体信号解析部２３ｂからアプリ処理部２６に環境ノイズ信号波形が出力される。

環境ノイズ信号波形を受信したアプリ処理部２６は、図１９及び図２０に示されるように、提示部３０における波形表示部３０ｂに、受信した環境ノイズ信号波形を表示する（Ｓ４６）。

一方、アプリ処理部２６は、テストモードではなく計測モードであると判定した場合（Ｓ４２でＮＯ）、図２１に示されるように、提示部３０における計測情報表示部３０ａに、「生体信号計測中」と表示する（Ｓ４７）。また、アプリ処理部２６は、提示部３０におけるフィルタ状態表示部３０ｄに、第一フィルタ部５５ａ及び第二フィルタ部５５ｂの使用状態を表示する。

そして、生体信号計測装置１０ｂにおいて生体信号（ここでは、脳波信号）が計測され（Ｓ４８）、得られた生体信号は、生体信号取得部２２を介して生体信号処理部２３に伝送される。

生体信号を取得した生体信号処理部２３において、生体信号波形調整部２３ａは、生体信号の波形を調整し（Ｓ４９）、生体信号解析部２３ｂは、波形調整された生体信号にフィルタ処理等の信号処理を行う。この結果、生体信号解析部２３ｂからアプリ処理部２６に生体信号波形が出力される。

生体信号波形を受信したアプリ処理部２６は、図２１に示されるように、提示部３０における波形表示部３０ｂに、受信した生体信号波形を表示する（Ｓ５０）。

以上のように、生体信号計測システム１００においては、提示部３０に、リアルタイムで、計測情報を示す計測情報表示部３０ａ、環境ノイズ波形または生体信号波形を示す波形表示部３０ｂ、電極の位置を示す電極図示部３０ｃ、フィルタ状態表示部３０ｄが表示され、多くの情報が一目で分かる。

［効果等］
生体信号計測装置１０ｂは、例えば、アクティブ電極として実現される。このようなアクティブ電極は、生体に接触する計測電極５１ａと、計測電極５１ａによって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路５２ａと、第一増幅回路５２ａの第一出力信号をＡＤ変換する第一ＡＤ変換回路５４ａと、ＡＤ変換された第一出力信号に適用される第一フィルタ部５５ａと、第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路５６ａと、第一生体信号を計測するための計測モード、及び、第一テスト回路５６ａを用いて第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部５７１とを備える。計測電極５１ａは、第一電極の一例である。計測モードにおける第一フィルタ部５５ａの特性は、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズに基づいて制御される。

このようなアクティブ電極は、第一環境ノイズが効果的に低減されるように第一フィルタ部５５ａの特性を制御することで、生体信号の計測品質を向上することができる。

また、例えば、第一テスト回路５６ａは、テストモードにおいて、一端が交流的に接地され、他端が第一増幅回路５２ａに接続される第一抵抗素子（例えば、第一抵抗素子ｒ１１〜ｒ１３の少なくとも１つ）を含む。

このようなアクティブ電極は、テストモードにおいて、接触インピーダンスを模擬した第一抵抗素子を接続した状態で第一環境ノイズを計測することができる。

また、例えば、制御部５７１は、計測モードにおいては、計測電極５１ａ及び第一抵抗素子のうち計測電極５１ａを選択的に第一増幅回路５２ａに接続し、テストモードにおいては、計測電極５１ａ及び第一抵抗素子のうち第一抵抗素子を選択的に第一増幅回路５２ａに接続する。

このようなアクティブ電極は、計測電極５１ａ及び第一抵抗素子を選択的に第一増幅回路５２ａに接続することができる。

また、例えば、アクティブ電極は、さらに、生体に接触する参照電極５１ｂと、参照電極５１ｂによって検出された第二生体信号が入力される第二増幅回路５２ｂと、第二増幅回路５２ｂの第二出力信号をＡＤ変換する第二ＡＤ変換回路５４ｂと、ＡＤ変換された第二出力信号に適用される第二フィルタ部５５ｂと、第二環境ノイズを計測するための第二テスト回路５６ｂとを備える。参照電極５１ｂは、第二電極の一例である。制御部５７１は、第二生体信号を計測するための計測モード、及び、第二テスト回路５６ｂを用いて第二環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える。計測モードにおける第二フィルタ部５５ｂの特性は、テストモードにおいて計測された第二環境ノイズに基づいて制御される。

このようなアクティブ電極は、第二環境ノイズが効果的に低減されるように第二フィルタ部５５ｂの特性を制御することで、生体信号の計測品質を向上することができる。

また、例えば、第二テスト回路５６ｂは、テストモードにおいて、一端が交流的に接地され、他端が前記第二増幅回路５２ｂに接続される第二抵抗素子（例えば、第二抵抗素子ｒ２１〜ｒ２３の少なくとも１つ）を含む。

このようなアクティブ電極は、テストモードにおいて、接触インピーダンスを模擬した第二抵抗素子を接続した状態で第二環境ノイズを計測することができる。

また、例えば、制御部５７１は、計測モードにおいては、参照電極５１ｂ及び第二抵抗素子のうち参照電極５１ｂを選択的に第二増幅回路５２ｂに接続し、テストモードにおいては、参照電極５１ｂ及び第二抵抗素子のうち第二抵抗素子を選択的に第二増幅回路５２ｂに接続する。

このようなアクティブ電極は、参照電極５１ｂ及び第二抵抗素子を選択的に第二増幅回路５２ｂに接続することができる。

また、例えば、図１６に示されるように、第一テスト回路５６ａと第一増幅回路５２ａとの距離Ｘは、５ｍｍ以下である。

このように距離Ｘが短くされれば、不要ノイズの発生及び不要ノイズの飛び込みが抑制される。

また、例えば、第一フィルタ部５５ａは、第一環境ノイズの基本波の周波数成分を低減するための基本波用ノッチフィルタ５５２ａ、及び、第一環境ノイズのｎ次高調波（ｎは２以上の整数）の周波数成分を低減するための高調波用ノッチフィルタ（例えば、三次高調波用ノッチフィルタ５５３ａ及び五次高調波用ノッチフィルタ５５４ａの少なくとも１つ）を含む。

このようなアクティブ電極は、第一環境ノイズの基本波の周波数成分、及び、第一環境ノイズのｎ次高調波の周波数成分を選択的に低減することができる。

また、例えば、前記計測モードにおいて、第一フィルタ部５５ａは、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズの特定の周波数成分のノイズレベルが所定レベル以上である場合にオンされ、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズの特定の周波数成分のノイズレベルが所定レベル未満である場合にオフされる。

このようなアクティブ電極は、不必要に第一フィルタ部５５ａがオンされないことによって第一フィルタ部５５ａに起因して生体信号の計測精度が低下してしまうことを抑制することができる。つまり、このようなアクティブ電極は、生体信号の計測品質を向上することができる。

また、脳波計１０は、上記アクティブ電極と、生体に装着される、計測電極５１ａが設けられた装着部４０とを備える。

このような脳波計１０は、第一環境ノイズが効果的に低減されるように第一フィルタ部５５ａの特性を制御することで、生体信号の計測品質を向上することができる。

また、上記アクティブ電極を制御する制御装置５７は、第一生体信号を計測するための計測モード、及び、第一テスト回路５６ａを用いて第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部５７１を備える。計測モードにおける第一フィルタ部５５ａの特性は、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズに基づいて制御される。

このような制御装置５７は、第一環境ノイズが効果的に低減されるように第一フィルタ部５５ａの特性を制御することで、生体信号の計測品質を向上することができる。

また、上記アクティブ電極の制御方法は、第一生体信号を計測するための計測モード、及び、第一テスト回路５６ａを用いて第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替えるステップを含み、計測モードにおける第一フィルタ部５５ａの特性は、テストモードにおいて計測された第一環境ノイズのノイズレベルに基づいて制御される。

このような制御方法は、第一環境ノイズが効果的に低減されるように第一フィルタ部５５ａの特性を制御することで、生体信号の計測品質を向上することができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、耳掛け型の脳波計について説明されたが、本発明は、被験者の頭部に装着されるヘッドセット型の脳波計などその他の態様の脳波計であってもよい。また、本発明は、脳波計以外の生体信号計測装置として実現されてもよく、例えば、体、手、足等に貼り付けた電極から心電図信号（Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ（ＥＣＧ）信号）を検出する心電計として実現されてもよい。

また、上記実施の形態で説明された回路構成は、一例であり、本発明は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本発明の特徴的な機能を実現できる回路も本発明に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子（トランジスタ）、抵抗素子、または容量素子等の素子が接続されたものも本発明に含まれる。

また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素は、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

また、各構成要素は、ハードウェアによって実現されてもよい。例えば、制御部などの構成要素は、回路（または集積回路）でもよい。これらの回路は、全体として１つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。

また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

例えば、本発明は、アクティブ電極の制御方法として実現されてもよいし、このような制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現されてもよい。また、本発明は、このようなプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現されてもよい。

また、生体信号計測システムは、単一の装置として実現されてもよいし、複数の装置によって実現されてもよい。生体信号計測システムが複数の装置によって実現される場合、上記実施の形態で説明された生体信号計測システムが備える構成要素は、複数の装置にどのように振り分けられてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

５ 被験者（生体）
１０ 脳波計
４０ 装着部
５１ａ 計測電極（第一電極）
５１ｂ 参照電極（第二電極）
５２ａ 第一増幅回路
５２ｂ 第二増幅回路
５４ａ 第一ＡＤ変換回路
５４ｂ 第二ＡＤ変換回路
５５ａ 第一フィルタ部
５５ｂ 第二フィルタ部
５６ａ 第一テスト回路
５６ｂ 第二テスト回路
５５２ａ 基本波用ノッチフィルタ
５５３ａ 三次高調波用ノッチフィルタ
５５４ａ 五次高調波用ノッチフィルタ
５７１ 制御部

Claims (13)

1. 生体に接触する第一電極と、
   前記第一電極によって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路と、
   前記第一増幅回路の第一出力信号をＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する第一ＡＤ変換回路と、
   ＡＤ変換された前記第一出力信号に適用される第一フィルタ部と、
   第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路と、
   前記第一生体信号を計測するための計測モード、及び、前記第一テスト回路を用いて前記第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部とを備え、
   前記計測モードにおける前記第一フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズに基づいて制御される
   アクティブ電極。
2. 前記第一テスト回路は、前記テストモードにおいて、一端が交流的に接地され、他端が前記第一増幅回路に接続される第一抵抗素子を含む
   請求項１に記載のアクティブ電極。
3. 前記制御部は、
   前記計測モードにおいては、前記第一電極及び前記第一抵抗素子のうち前記第一電極を選択的に前記第一増幅回路に接続し、
   前記テストモードにおいては、前記第一電極及び前記第一抵抗素子のうち前記第一抵抗素子を選択的に前記第一増幅回路に接続する
   請求項２に記載のアクティブ電極。
4. さらに、
   前記生体に接触する第二電極と、
   前記第二電極によって検出された第二生体信号が入力される第二増幅回路と、
   前記第二増幅回路の第二出力信号をＡＤ変換する第二ＡＤ変換回路と、
   ＡＤ変換された前記第二出力信号に適用される第二フィルタ部と、
   第二環境ノイズを計測するための第二テスト回路とを備え、
   前記制御部は、前記第二生体信号を計測するための前記計測モード、及び、前記第二テスト回路を用いて前記第二環境ノイズを計測するための前記テストモードを切り替え、
   前記計測モードにおける前記第二フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第二環境ノイズに基づいて制御される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクティブ電極。
5. 前記第二テスト回路は、前記テストモードにおいて、一端が交流的に接地され、他端が前記第二増幅回路に接続される第二抵抗素子を含む
   請求項４に記載のアクティブ電極。
6. 前記制御部は、
   前記計測モードにおいては、前記第二電極及び前記第二抵抗素子のうち前記第二電極を選択的に前記第二増幅回路に接続し、
   前記テストモードにおいては、前記第二電極及び前記第二抵抗素子のうち前記第二抵抗素子を選択的に前記第二増幅回路に接続する
   請求項５に記載のアクティブ電極。
7. 前記第一テスト回路と前記第一増幅回路との距離は、５ｍｍ以下である
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクティブ電極。
8. 前記第一フィルタ部は、前記第一環境ノイズの基本波の周波数成分を低減するための基本波用ノッチフィルタ、及び、前記第一環境ノイズのｎ次高調波（ｎは２以上の整数）の周波数成分を低減するための高調波用ノッチフィルタを含む
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のアクティブ電極。
9. 前記計測モードにおいて、前記第一フィルタ部は、
   前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズの特定の周波数成分のノイズレベルが所定レベル以上である場合にオンされ、
   前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズの前記特定の周波数成分のノイズレベルが前記所定レベル未満である場合にオフされる
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクティブ電極。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のアクティブ電極と、
    前記生体に装着される、前記第一電極が設けられた装着部とを備える
    脳波計。
11. アクティブ電極を制御する制御装置であって、
    前記アクティブ電極は、
    生体に接触する第一電極と、
    前記第一電極によって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路と、
    前記第一増幅回路の第一出力信号をＡＤ変換する第一ＡＤ変換回路と、
    ＡＤ変換された前記第一出力信号に適用される第一フィルタ部と、
    第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路とを備え、
    前記制御装置は、前記第一生体信号を計測するための計測モード、及び、前記第一テスト回路を用いて前記第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替える制御部を備え、
    前記計測モードにおける前記第一フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズに基づいて制御される
    制御装置。
12. アクティブ電極の制御方法であって、
    前記アクティブ電極は、
    生体に接触する第一電極と、
    前記第一電極によって検出された第一生体信号が入力される第一増幅回路と、
    前記第一増幅回路の第一出力信号をＡＤ変換する第一ＡＤ変換回路と、
    ＡＤ変換された前記第一出力信号に適用される第一フィルタ部と、
    第一環境ノイズを計測するための第一テスト回路とを備え、
    前記制御方法は、前記第一生体信号を計測するための計測モード、及び、前記第一テスト回路を用いて前記第一環境ノイズを計測するためのテストモードを切り替えるステップを含み、
    前記計測モードにおける前記第一フィルタ部の特性は、前記テストモードにおいて計測された前記第一環境ノイズに基づいて制御される
    制御方法。
13. 請求項１２に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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