JP2020036833A - ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】生体電極付きの衣類側と送信器との接続を簡素かつ簡便とし、洗濯時等の送信器の着脱負担を解消するとともに、大きさの異なる生体電極付きの衣類側に対し単一の送信器を接続可能として経費負担を軽減するウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルを提供する。【解決手段】ウェア体１０において被験者の体表面より生体電位信号を検知する複数の検知部１５と、複数の検知部のそれぞれと接続されウェア体の外面に露出した複数の出力端子部２０を備える生体電位検知ウェア１に装着されるウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０であり、複数の出力端子部とそれぞれ係合する複数の係合端子部４０と、複数の係合端子部を複数の出力端子部の位置にそれぞれ対応して配置するベース部３１と、複数の係合端子部を介して集約される被験者の生体電位信号を送信する送信部５０と、ベース部に配設された複数の係合端子部と送信部を接続する配線部４６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルに関し、特に被験者から検知された生体電位信号を外部端末に無線送信するための生体電位送信器に関する。

生体の活動量の計測、動作時の活動する筋肉の把握等に際しては、被験者の皮膚に生体電極が直接テープ等により取り付けられ、これより取得される筋電位等が測定されている。１ないし２箇所程度の限られた部位の筋肉の筋電位の計測であれば、皮膚への電極の取り付け、送信器（配線、ハーネス類）の接続に際しては、煩雑さ、接続間違いは少ない。

しかしながら、現実的には、複数個所の筋肉が複雑に連携して活動するため、一部の部位の筋肉の活動のみの計測では十分とは言えない。例えば乗用車の運転時を想定すると、肩、腕、胴等の複数部位の筋肉の活動を同時並行的に計測する必要がある。従前、計測部位毎に生体電位送信器を接続する場合、部位に対応させるため複数の送信器が必要となる。さらに、各送信器間の時刻同期も必要である。従って、送信器の個数と重量の増加と同期化の制御のため、計測システム全体が非常に高額となり簡便な計測を所望する現状には対応しきれていない。

次に、単一の送信器から取得した筋電位等の生体電位を送信する仕組みが提案されている。ところが、単一の送信器と個々の部位の皮膚に取り付けられた生体電極の配線を逐一接続する手間は煩雑であり時間も要する。しかも、配線接続の間違いも誘発されやすい。

そこで、簡易な測定実現のため、シャツ（肌着）等の衣類内に生体電極が埋め込まれ、同生体電極は送信器に配線接続される。この衣類と送信器の一体構成の場合、小型のコネクタを利用して生体電極と送信器とを接続するにしても、コネクタと衣類との接続自体が困難である。また、ひとたび送信器を衣類側に接続した後には送信器の着脱は容易ではなく、送信器と衣類を一緒に洗濯することはできない。そのため、否応なく、生体電極付きの衣類はほぼ１回ごとの使用となる。従って、衣類の消耗等が避けられず、計測の経費を要していた。

その後、筋電位等の生体電位の計測の機器として、簡便な接続形態、洗濯しやすさ等において改良が重ねられてきた（特許文献１、２等参照）。しかしながら、既存のウェアラブル用の生体電位を送信する機器においても、生体電極付きの衣類と送信器との接続は依然として手間取るため、より簡素かつ簡便化が求められている。また、被験者の体格差を考慮すると、衣類は複数種類用意しなければならず、その都度送信器が必要となれば、結果として必要以上に送信器の個数も必要である。このことから、大きさの異なる衣類に簡単に組み合わせ可能な方式も求められていた。

国際公開ＷＯ２０１７／００７０２１号公報 特開２０１７−４２３８７号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、生体電極付きの衣類側と送信器との接続を簡素かつ簡便にすることにより、衣類側の汚損、洗濯時等の送信器の着脱負担を解消するとともに、大きさの異なる生体電極付きの衣類側に対しても単一の送信器を接続可能として、全体的な経費負担を軽減するウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルを提供する。

すなわち、本発明の第１の形態は、ウェア体と、前記ウェア体において被験者の体表面より被験者の生体電位信号を検知する複数の検知部と、前記複数の検知部のそれぞれと接続され前記ウェア体の外面に露出した複数の出力端子部とを備える生体電位検知ウェアに装着されるウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルであって、前記ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルは、前記複数の出力端子部とそれぞれ係合する複数の係合端子部と、前記複数の係合端子部を前記複数の出力端子部の位置にそれぞれ対応して配置するベース部と、前記複数の係合端子部を介して集約される被験者の生体電位信号を送信する送信部と、前記ベース部に配設された前記複数の係合端子部と前記送信部を接続する配線部とを備えることを特徴とするウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルに係る。

第２の形態は、前記ベース部が伸縮性部材から形成されている第１の態様に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルに係る。

第３の形態は、前記配線部が伸縮性配線部材から形成されている第１または２の態様に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルに係る。

第４の形態は、前記ベース部にコネクタ部が設置され、前記配線部が前記コネクタ部を介して前記送信部に接続されている第１ないし３のいずれかの態様に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルに係る。

第５の形態は、前記複数の出力端子部及び前記複数の係合端子部は、相互に対応する金属製のスナップボタンである第１ないし４のいずれかの態様に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルに係る。

本発明のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルによると、生体電極付きの衣類側と送信器との接続を簡素かつ簡便にすることにより、衣類側の汚損、洗濯時等の送信器の着脱負担を解消することができる。さらに、大きさの異なる生体電極付きの衣類側に対しても単一の送信器を接続可能として、全体的な経費負担の軽減が可能である。

生体電位検知ウェア体及びウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルの第１全体斜視図である。 生体電位検知ウェア体及びウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルの第２全体斜視図である。 生体電位検知ウェア体及びウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルの主要断面図である。 ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルの正面図である。 ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルの送信部の構成を示すブロック図である。

本発明のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０は、図１の正面図及び図２の背面図から把握されるように生体電位検知ウェア１に装着され、生体電位検知ウェア１において検知した被験者の生体電位信号を管理者側（図示せず）に無線送信するための機器である。被験者の生体電位信号とは、心電位、筋電位等の人体（生体）から発せられる信号であり、心臓、各種筋肉の活動に応じて変動する電位である。従って、この生体電位信号を経時的に計測することにより、どの部位の筋肉がどの程度活動しているのかの把握は可能となる。

図１の正面図及び図２の背面図から把握されるように、実施形態の生体電位検知ウェア１は被験者（計測の対象者）が着用するシャツ等の肌着である。図示の生体電位検知ウェア１は胴部分と袖部分を備える。むろん、生体電位検知ウェア１の形態は図示に限られない。検知する筋肉の部位により適宜である。生体電位検知ウェア１のウェア体１０は服地部分であり伸縮性に富む素材により形成される。そこで、被験者の体格、体の動きに順応できる。

ウェア体１０の外面１２には複数の出力端子部２０が露出して備えられる。そして、複数の出力端子部２０と接続される検知部１５が備えられる（図３参照）。図１、図２の実施形態では、出力端子部２０は生体電位検知ウェア１を着用した被験者の胸部、腹部、背部、左右の肩部、左右の上腕部等の筋肉の部位に相当する位置に配置される。なお、図中の符号５０は送信部、５３は電池部、５５はコネクタ部である。

さらに図３の断面図に示すように、生体電位検知ウェア１のウェア体１０には、被験者の体表面より同被験者の生体電位信号を検知する複数の検知部１５が接続されている。検知部１５には主に公知のテキスタイル電極が使用される。検知部１５（すなわち、テキスタイル電極部）では、電極素材が柔軟な布地または樹脂シート内に埋設されて一体化されている。そこで、ウェア体１０の内面１１側に貼着または縫い合わせ等により固定される。検知部１５自体も柔軟性を備えるため生体電位検知ウェア１のウェア体１０に順応して伸縮し、被験者の動きを阻害しない。検知部１５と被験者の体表面Ｈｓとは、直接接触または非接触のいずれも含まれる。直接接触または非接触の選択は計測対象、計測感度等により適宜である。

出力端子部２０は生体電位検知ウェア１のウェア体１０を介して検知部１５と接続される。そして、出力端子部２０と検知部１５は、ウェア体１０内を貫通する導線等により相互に電気的に接続される。

生体電位検知ウェア１には検知部１５と出力端子部２０が備えられているのみであり、送信器自体は含まれない。そのため、生体電位検知ウェア１自体を耐用回数分洗濯することができ、経済的である。

続いて、ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０の構成を説明する。ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０では、前出の複数の出力端子部２０のそれぞれと係合する複数の係合端子部４０が備えられる。相互に係合し合う出力端子部２０と係合端子部４０には、例えば、面ファスナ等の部材が用いられる。より好ましくは、図３の実施形態のとおり、複数の出力端子部２０及び複数の係合端子部４０は、相互に対応する金属製のスナップボタンである。出力端子部２０は雄ボタンであり、係合端子部４０は雌ボタンである。

スナップボタン自体が金属製であるため、検知部１５により検知された生体電位信号は出力端子部２０、そしてこれに係合する係合端子部４０の順に導電される。さらに、スナップボタンは、大きさ、形状等に富み、入手しやすい。しかも、出力端子部２０と係合端子部４０との係合と分離は簡便かつ容易である。自明ながら、スナップボタンの出力端子部２０と係合端子部４０の個数と配置は相互に対応する。

図３（ａ）は係合前（接続前）の状態であり、図３（ｂ）は係合後（接続後）の状態である。図示実施形態のスナップボタンでは、係合端子部４０は表面部材４１と裏面部材４２により構成され、ベース部３１は表面部材４１と裏面部材４２により上下から挟み込まれて固定される。出力端子部２０は雄ボタンの凸部２５に、係合端子部４０の凹部４５が嵌め合わせられる。こうして、全てのスナップボタンは相互に係合されて固定される。図中、符号４６は配線部である。

そこで、複数の係合端子部４０はベース部３１に配置されることにより、生体電位検知ウェア１側の複数の出力端子部２０のそれぞれの位置に対応可能となる。従って、ベース部３１をそのまま生体電位検知ウェア１に押し当てると、複数の出力端子部２０のそれぞれに複数の係合端子部４０が一括して係合され、双方の接続は極めて簡単になる。

図１、図２のとおり、ベース部３１は、胸部ベース部３１ａ、腹部ベース部３１ｂ、左肩部ベース部３１ｃ、左上腕部ベース部３１ｄ、右肩部ベース部３１ｅ、右上腕部ベース部３１ｆ、背部ベース部３１ｇの各部から構成される。例えば、胸部ベース部３１ａは心筋（心電位）、腹部ベース部３１ｂは腹直筋、左肩部ベース部３１ｃ及び右肩部ベース部３１ｅは左右の三角筋前部、左右の三角筋後部、左上腕部ベース部３１ｄ及び右上腕部ベース部３１ｆは左右の上腕三頭筋長頭部、背部ベース部３１ｇは多裂筋等の各種の筋肉に対応する。そして各所の筋肉の生体電位信号（筋電位）が計測される。特に、実施形態の場合、車の運転時に運転手の筋肉の使い方、筋肉疲労の蓄積、高負荷の動きの有無の検出から上半身及び上腕の各所の筋肉を重点的に検知対象としている。

図示のベース部３１（３１ａないし３１ｇ）の材質は、複数の係合端子部４０、次述の送信部５０、図４に開示の配線部４６等を固定できる限り、材質は自由である。例えば、ポリプロピレン等の樹脂板等である。さらに、ベース部３１（３１ａないし３１ｇ）は、伸縮性部材からも形成される。伸縮性部材は、前述のウェア体１０と同質の柔軟な布地またはゴム系またはシリコーン樹脂系等より形成されるシート状の部材である。なお、胸部ベース部３１ａと腹部ベース部３１ｂ、左肩部ベース部３１ｃ等を相互に接続する帯状の部位も同様の伸縮性部材により形成される。

図４の正面図を用い、ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０の構成をさらに説明する。ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０には、送信部５０と配線部４６が備えられる。送信部５０は複数の係合端子部４０を介して集約される被験者の生体電位信号を送信する。そして、配線部４６はベース部３１（３１ａないし３１ｇ）に配設された複数の係合端子部４０と前記送信部５０とを接続する。図示のように、個々の係合端子部４０に配線部４６が接続され、送信部５０に接続される。送信部５０には電池部５３が接続され、演算、送信等の駆動電力が送信部５０側に供給される。

図示実施形態においては、配線部４６は伸縮性配線部材から形成される。伸縮性配線部材は公知の材料から選択可能であり、導電性繊維または導電性の布地を配線として使用することができる。もしくは、伸縮性の布地に金属導線をジグザグ状または波状に縫い付けて使用することもできる。

生体電位検知ウェア１は被験者の体格等に応じて、Ｓ、Ｍ、Ｌ等と複数種類用意される。従前、ウェアの大きさに応じて送信器を配置し接続していたため、ウェアごとに合わせた大きさ、配線の送信器が用意されていた。これに対し、本発明のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０は、それ自体が柔軟に変形して大きさの異なる生体電位検知ウェア１に順応できる。このため、ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０はほぼ１種類を用意するのみで足りることから、用意する計測機器の個数は減り設備経費は軽減可能である。

加えて、ベース部３１（図示では胸部ベース部３１ａ）にコネクタ部５５が設置される。そこで、配線部４６はコネクタ部５５を介して送信部５０に接続される。ベース部側と送信部５０のコネクタ部５５同士の一括接続により、複数ある配線部４６と送信部５０との接続は簡素化される。

続いて、図５のブロック図を用い送信部５０の構成の一例を説明する。送信部５０には演算部６０が備えられ、同演算部６０内にＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３が実装される。ＣＰＵ６１は各種の演算を実行する。ＲＡＭ６２は取得波形のデータ等を記憶する。ＲＯＭ６３は処理に必要なプログラムを保持する。コネクタ部５５の片方の接続端部から入力される生体電位信号（筋電位）は、アナログマルチプレクサ６５、アナログ／デジタル変換器６６を経由して演算部６０のイン／アウトバッファ６４に入り、ＣＰＵ６１等の各所に送られる。そこで、検知部位の同期化等は制御され、各検知部位からの信号、波形は取得され、無線送信器６７より、外部の受信機（図示せず）に各検知部位の計測信号は送信される。信号の周波数帯等は適宜である。実施形態は、無線ＬＡＮに対応した２．４ＧＨｚ帯を使用する。むろん、図示の形態は一例であるため、他の構成とすることも可能である。

これまでの説明にあるとおり、実施形態のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０によると、生体電位検知ウェア１に対しての接続はスナップボタンの出力端子部２０と係合端子部４０の相互接続であることから、生体電位検知ウェア１へのウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０の装着は一括して行うことができ、容易かつ簡便である。例えば、乗用車の試験走行時に逐次別のテストドライバにウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０を付け替える際の待機時間は減り、効率的である。

さらに、生体電位検知ウェア１とウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル３０の応用展開として、乗用車の運転時の筋肉の検知に限られず、工場内作業、農林水産業の作業、医療・介護の作業等の各種作業時の筋肉の検知にも活用可能である。作業者の負担となる無理、無駄な動きの検知に加え、作業者の疲労蓄積等も分析可能である。

本発明のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルは、生体電位検知ウェア側との容易かつ簡便に接続可能であることから、被験者の生体電位の計測自体の効率化に資する。よって、既存の計測、送信器類の代替として有望である。

１ 生体電位検知ウェア
１０ ウェア体
１１ 内面
１２ 外面
１５ 検知部
２０ 出力端子部
２５ 凸部
３０ ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル
３１ ベース部
３１ａ 胸部ベース部
３１ｂ 腹部ベース部
３１ｃ 左肩部ベース部
３１ｄ 左上腕部ベース部
３１ｅ 右肩部ベース部
３１ｆ 右上腕部ベース部
３１ｇ 腰部ベース部
４０ 係合端子部
４１ 表面部材
４２ 裏面部材
４５ 凹部
４６ 配線部
５０ 送信部
５５ コネクタ部
６０ 演算部
６７ 無線送信器

Claims (5)

1. ウェア体と、前記ウェア体において被験者の体表面より被験者の生体電位信号を検知する複数の検知部と、前記複数の検知部のそれぞれと接続され前記ウェア体の外面に露出した複数の出力端子部とを備える生体電位検知ウェアに装着されるウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルであって、
   前記ウェアラブル用生体電位送信器付ケーブルは、
   前記複数の出力端子部とそれぞれ係合する複数の係合端子部と、
   前記複数の係合端子部を前記複数の出力端子部の位置にそれぞれ対応して配置するベース部と、
   前記複数の係合端子部を介して集約される被験者の生体電位信号を送信する送信部と、
   前記ベース部に配設された前記複数の係合端子部と前記送信部を接続する配線部と
   を備えることを特徴とするウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル。
2. 前記ベース部が伸縮性部材から形成されている請求項１に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル。
3. 前記配線部が伸縮性配線部材から形成されている請求項１または２に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル。
4. 前記ベース部にコネクタ部が設置され、前記配線部が前記コネクタ部を介して前記送信部に接続されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル。
5. 前記複数の出力端子部及び前記複数の係合端子部は、相互に対応する金属製のスナップボタンである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のウェアラブル用生体電位送信器付ケーブル。

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