JP2020146292A - 生体情報計測装置、生体情報計測システム、生体情報計測方法及び生体情報計測プログラム - Google Patents

生体情報計測装置、生体情報計測システム、生体情報計測方法及び生体情報計測プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な操作で的確に生体情報を取得する。【解決手段】生体情報計測装置は、第1計測装置からの第1の時系列データ及び第2計測装置からの第2の時系列データとを処理する演算装置と、前記時系列データを提示する提示部と、トリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、オペレータの操作を受け付ける入力部と、を有し、前記演算装置は、前記トリガ信号発生部より出力される前記トリガ信号に応じて、前記第1の時系列データにおける特定区間を決定し、前記入力部からの入力信号を契機として、前記特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定し、設定された前記弁別基準による前記第1の時系列データの弁別結果を用いて前記第2の時系列データの前記特定区間に対応する弁別を行い、前記第2の時系列データの弁別結果を前記提示部で提示する。【選択図】 図3

Description

本発明は、生体情報計測装置、生体情報計測システム、生体情報計測方法及び生体情報計測プログラムに関する。
一般に生体から発せられる信号は非常に微弱であり、また、電気的あるいは磁気的なノイズの影響を受けやすい。したがって生体情報を含む信号を時系列データとして取得する際、生体由来の信号であるか否かを判別することは容易ではない。
特許文献1には、ノイズなどを除外して特定の刺激や反応に対する生体信号を強調するために、観測された生体信号を加算平均して生体信号の有効度を計算することで、加算に適したデータであるかどうかを判定する誘発波形計算装置が開示されている。
特許文献2には、皮膚上に複数の刺激電極を配列し、神経活動の計測結果をフィードバックして目的とする神経活動が所望値以上の活動を確保できる刺激電極を判断する神経刺激装置が開示されている。
特許文献3には、複数のEEG(Electroencephalography)信号サンプルの刺激同期平均信号を生成し、EEG信号サンプルが刺激事象のパターンに反応して誘発されたか否かを判定するEEG制御システム手法が開示されている。
特許文献4には、超音波診断装置に備えられた心拍同期信号生成装置おいて、第1の生体信号の周期と波高値とに基づいて設定したマスク期間と閾値とを第2の生体信号に対して設定し、トリガ信号を心拍同期信号として生成することが開示されている。
しかしながら、計測目的のデータの各々を加算平均等に使用してよいか否かを判定する手法は提案されていない。また、計測目的のデータの適否を、計測目的と異なるデータを利用して判定する手法は提案されていない。このため、従来は、経験則により計測目的のデータの適否を判断しなくてはならず、的確な診断等に必要な良好なデータかどうかを判定することが困難であった。
本発明はかかる事情のもとになされたものであり、その目的は、簡易な操作で的確に生体情報を取得する生体情報計測装置を提供することである。
上記技術的課題を解決するため、本発明の一形態の生体情報計測装置は、生体情報を計測する第1計測装置からの第1の時系列データ及び前記第1計測装置が計測する生体情報とは異なる生体情報を計測する第2計測装置からの第2の時系列データとを処理する演算装置と、前記時系列データを提示する提示部と、トリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、オペレータの操作を受け付ける入力部と、を有し、前記演算装置は、前記トリガ信号発生部より出力される前記トリガ信号に応じて、前記第1の時系列データにおける特定区間を決定し、前記入力部からの入力信号を契機として、前記特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定し、設定された前記弁別基準による前記第1の時系列データの弁別結果を用いて前記第2の時系列データの前記特定区間に対応する弁別を行い、前記第2の時系列データの弁別結果を前記提示部で提示することを特徴とする。
簡易な操作で的確に生体情報を取得することができる。
脊髄誘発磁界計測システムについて説明する図である。 図1の神経刺激装置を例示する図である。 第1の実施形態における脊髄誘発磁界計測システムを用いた場合の生体情報計測装置の例を示す図である。 図3の演算装置における処理の全体のフロー図である。 図4のステップS101,S102,S103,S104の内容を説明するための図である。 図4のステップS104の内容を説明するための図である。 図4のステップS105,S106,S107の内容を説明するための図である。 被験者の膝関節部に神経刺激装置の電極を装着した様子を例示する模式図である。 本実施例における生体情報処理結果の例を示す図である。 弁別結果提示の例を示す図である。 第2の実施形態における体性感覚誘発磁界計測システムを用いた場合の生体情報計測装置の例を示す図である。 図11の筋電計を含む神経刺激装置を例示する図である。 図11の演算装置における図4のステップS101,S102,S103,S104の内容を説明するための図である。 被験者の肘関節部に図12の神経刺激装置の電極を装着した様子を例示する模式図である。 図11に示した体性感覚誘発磁界計測システムにより被験者の手根管部を計測する様子を例示する模式図である。 図11の生体情報計測装置における生体情報処理結果の例を示す図である。 図3及び図11の演算装置を含むコンピュータ装置のハードウェア構成の例を示す図である。 図3及び図11の演算装置40を含むコンピュータ装置50の機能ブロック図である。
以下、図面を参照して実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。以下では、信号を示す符号は、信号値を示す符号又は信号線を示す符号としても使用される。電圧を示す符号は、電圧値を示す符号又は電圧が供給される電圧線を示す符号としても使用される。
(第1の実施形態)
本実施の形態では生体情報計測装置を生体磁界計測システムの一つである脊髄誘発磁界計測システムに用いる例を示す。すなわち第1計測装置として生体磁界計測システムの神経刺激装置、第2計測装置として生体磁界計測システムの磁気計測装置を用いた例を以下説明する。また、腰椎を測定部位とし、膝関節(腓骨頭)を刺激入力部位とする例を説明する。
図1は、脊髄誘発磁界計測システムについて説明する図である。
図1を参照するに、脊髄誘発磁界計測システム1は主要な構成要素として磁気計測装置10と低温容器20と神経刺激装置30とを有している。神経刺激装置30は被験者500の体表から神経を電気刺激する装置である。磁気計測装置10はSQUIDセンサアレイ11と信号処理部12とを備えており、神経刺激装置30の電気刺激により生体に誘発された磁界を計測する装置である。なお、脊髄誘発磁界計測システム1に含まれる生体情報計測装置の構成については、図3で説明する。
脊髄誘発磁界計測システム1の一部は磁気シールドルーム100内に配置されている。磁気シールドルーム100を利用するのは、生体から発生する微弱な磁界である脊髄誘発磁界を測定するためである。磁気シールドルーム100は、例えば、高透磁率材料であるパーマロイ等からなる板材と、銅やアルミニウム等の導電体からなる板材の積層により構成することができる。
磁気シールドルーム100は、例えば、2.5m×3.0m×2.5m程度の大きさの内部空間を有し、装置器具の搬送や、人の出入りを可能とする扉110を備えている。扉110は、磁気シールドルーム100の他の部分と同様に、高透磁率材料であるパーマロイ等からなる板材と、銅やアルミニウム等の導電体からなる板材の積層により構成することができる。
なお、本明細書において、高透磁率材料とは、比透磁率が1000より大きい材料を指す。高透磁率材料としては、パーマロイ以外に鉄、ニッケル、コバルトの単体や、その合金(アモルファス合金や紛体、ナノ粒子を含む)、フェライト等を挙げることができる。
以下、脊髄誘発磁界計測システム1及びその周辺部について、より詳しく説明する。磁気シールドルーム100内には、テーブル150が設置されている。又、磁気シールドルーム100内には、低温容器20が設置されており、測定や制御等に用いる信号線61が、低温容器20内のSQUIDセンサアレイ11に接続されている。信号線61は、磁界ノイズを低減するためにツイストケーブル等により構成され、磁気シールドルーム100に開けられた孔1001を通して、磁気シールドルーム100の外へ引き出され、磁気計測装置10を構成する信号処理部12と接続されている。
脊髄誘発磁界計測システム1を用いた測定では、磁気シールドルーム100内に置かれたテーブル150に、被験者500が仰臥位で横たわり、安静な状態で脊髄誘発磁界の測定が行われる。安静な状態で測定が行われることで、被験者500への負担が少ないのみでなく、被験者500の不必要な動きによる測定装置との位置ずれや、筋肉の緊張により生じる筋肉からの磁界ノイズ等を低減することができる。
低温容器20はデュワーとも称され、生体から発生する磁界を検出するSQUIDセンサアレイ11の極低温動作に必要な液体ヘリウムを保持している。低温容器20は、例えば、脊髄誘発磁界の測定に適する突起部201を備えており、突起部201の内部にSQUIDセンサアレイ11が設置されている。仰臥位となった被験者500の腰椎を、内部にSQUIDセンサアレイ11が設置された突起部201と接触させた状態で脊髄誘発磁界の測定を行うことができる。
脊髄誘発磁界を測定する際には、電気刺激により意図的に神経活動を誘発する必要がある。そこで、神経刺激装置30を用いて電気刺激が印加される。具体的には、神経刺激装置30は、電極310を備えており、被験者500の体の一部分に電極310を取り付け、電気刺激が印加される。電極310は、刺激陽極と刺激陰極を少なくとも備え、被験者500の膝関節部の腓骨神経等に効率的に電気刺激を印加できる箇所の皮膚上に取り付けられる。
電極310には、刺激を送るために信号線62が取り付けられている。信号線62は、磁界ノイズを低減するためにツイストケーブル等により構成されている。信号線62は、磁気シールドルーム100に開けられた孔1002を通して、磁気シールドルーム100の外へ引き出され、磁気シールドルーム100の外に設置された神経刺激装置30の本体(電極310以外の部分)に接続されている。また、神経刺激装置30は、信号線63、64により信号処理部12に接続されている。
被験者500の神経活動を誘発するために、神経刺激装置30は、パルス状の電流を電極310の刺激陽極−刺激陰極間に流すことができる。脊髄誘発磁界計測時の電気刺激は、例えば、数mA程度の大きさのパルス電流を数Hzで印加する。この電気刺激で誘発された神経活動を起因とした脊髄からの誘発磁界がSQUIDセンサアレイ11で検出される。
図2は、図1の神経刺激装置30を例示する図である。図2に示すように、神経刺激装置30は、電極310(311,312,313,314)と、電流供給部320と、トリガ信号発生部330と、筋電計340と、制御部350とを有している。電流供給部320は、計測対象の生体に電気刺激を与える刺激部の一例である。
電極310は、皮膚上に配列される電極であって、刺激陰極311と、刺激陽極312と、検出陰極313と、検出陽極314とを有している。刺激陰極311は、電気刺激により神経活動を誘発するための刺激電極のうち陰極側である。刺激陽極312は、電気刺激により神経活動を誘発するための刺激電極のうち陽極側である。検出陰極313は、筋電計340により筋肉の活動電位(筋電図)を測定するための検出電極のうち陰極側である。検出陽極314は、筋電計340により筋肉の活動電位を測定するための検出電極のうち陽極側である。
電流供給部320は、刺激陰極311に対して刺激電流の供給等を行う回路である。
トリガ信号発生部330は電流供給部320における電流供給タイミングに応じてトリガ信号を発生する機構である。トリガ信号発生部330で発生したトリガ信号は、信号線63を介して信号処理部12(図1)に送信され、信号処理部12及び演算装置40で処理される。
筋電計340は、検出陰極313と検出陽極314との間の活動電位を測定する装置である。筋電計340は、制御部350に対して計測信号を送信するとともに、信号線64を介して信号処理部12に対して計測信号を送信する。そして、筋電計340より得られる計測信号は信号処理部12及び演算装置40で処理される。
制御部350は、電流供給部320、筋電計340との間で命令やデータを送受信する情報処理装置である。例えば、制御部350は、電流供給部320、筋電計340及びトリガ信号発生部330の動作を制御する。制御部350は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、メインメモリ等を含む構成とすることができる。
この場合、制御部350の各種機能は、ROM等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてCPUにより実行されることによって実現できる。制御部350のCPUは、必要に応じてRAMからデータを読み出したり、格納したりできる。但し、制御部350の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部350は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。又、制御部350は、ハードディスク装置や光ディスク装置等を備えてもよい。
図3は、第1の実施形態における脊髄誘発磁界計測システム1を用いた場合の生体情報計測装置4の例を示す図である。なお、図3においては本発明に関わる構成要素のみを記載し、低温容器20等の他の構成要素は省略している。
生体情報計測装置4は、演算装置40、提示部41、入力部42及びトリガ信号発生部330を備える。演算装置40は、信号処理部12から受信する生体情報を処理し、処理した生体情報に関する情報を提示部41に提示し、入力部42からの入力信号に基づいた処理を行う。信号処理部12は、SQUIDセンサアレイ11、筋電計340、トリガ信号発生部330より得られる信号を演算装置40に時系列データとして送信する。演算装置40は後述する処理により生体情報を処理する。
提示部41は演算装置40より処理されたデータを提示する。提示部41にはディスプレイ、スピーカー、任意の通知手段を備える装置が含まれる。本実施例では提示部41の一例としてディスプレイを用いる。
入力部42は、脊髄誘発磁界計測システム1を操作するオペレータによる入力に応答して、入力に対応する信号を演算装置40に送信する。入力部42にはマウス、キーボード、任意の入力装置が含まれる。本実施例では入力部42の一例としてマウスを用いる。
例えば、演算装置40は、プログラムを実行するCPUを含むコンピュータ装置である。例えば、演算装置40は、後述する図4のフロー図に示す処理を実行する生体情報計測プログラムを実行する。
提示部41及び入力部42は、演算装置40に接続される。図3では図示を省略しているが、演算装置40、提示部41及び入力部42は、磁気シールドルーム100が設置される部屋や、磁気シールドルーム100が設置される部屋に隣接する部屋等に配置される。
次に演算装置40における処理内容の詳細を説明する。演算装置40における処理内容の説明においては筋電計340を第1計測装置、SQUIDセンサアレイ11を第2計測装置と称することとする。
図4は、図3の演算装置40における処理の全体のフロー図である。すなわち、図4は、演算装置40が実施する生体情報計測方法及び演算装置40が実行する生体情報計測プログラムの例を示している。
図4に示す例では、計測開始後から弁別基準が設定されるまではステップS101,S102,S103,S104の処理が繰り返し実行される。弁別基準が設定された場合、計測終了条件を満足するまではステップS101,S102,S103,S105,S106,S107の処理が繰り返し実行される。計測終了条件が満足されるとステップS108,S109の処理を実行し計測を終了する。
まず、ステップS101では、演算装置40は、第1計測装置340からの時系列データと、第2計測装置11からの時系列データと、トリガ信号発生部330からのトリガ信号の時系列データとを、信号処理部12を介して取得する。次に、ステップS102では、演算装置40は、トリガ信号に基づき、第1計測装置340による時系列データ及び第2計測装置11による時系列データから区間データを生成する。次に、ステップS103では、演算装置40は、ステップS102で生成した区間データの信号波形を提示部41に提示する。
弁別基準が未設定の場合、ステップS104において、演算装置40は、第1計測装置340による時系列データ(波形データ)から得られる区間データと、入力部42(図3)より送信される制御信号(入力信号)とに基づき、弁別基準を設定する。すなわち、演算装置40は、入力部42からの入力信号を契機として、特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定する。その後、ステップS101の処理に戻る。
弁別基準が設定された場合、ステップS105において、演算装置40は、第1計測装置340により得られる区間データ(波形データ)を、ステップS104で設定した弁別基準に基づき弁別する。弁別のやり方については、図7で説明する。
次に、ステップS106では、演算装置40は、ステップS105での弁別結果に基づき、第2計測装置11から得られる区間データを弁別する。次に、ステップS107では、演算装置40は、ステップS106で弁別した区間データの信号波形を提示部41に提示する。
次に、計測終了条件を満足していない場合、演算装置40は、処理をステップS101に戻す。例えば、計測終了条件は、所定数の時系列データ(例えば、2000個)を取得することである。計測終了条件を満足する場合、演算装置40は、ステップS108において、第2計測装置11から得られる区間データのうち、同一の分類に弁別された複数の区間データを加算平均する。すなわち、演算装置40は、同一の種類に弁別された複数の特定区間の時系列データの加算平均を算出する。次に、ステップS109では、演算装置40は、ステップS108で加算平均結果の信号波形を提示部41に提示し、計測処理を終了する。なお、加算平均する区間データの分類は、弁別基準を満たす側の分類である。
図5は、図4のステップS101,S102,S103,S104の内容を説明するための図である。第1計測装置340及び第2計測装置11より得られる生体情報の時系列データとトリガ信号とにより、s1_t1,s1_t2,s1_t3,s1_t4,s2_t1,s2_t2,s2_t3,s2_t4で示される特定区間の時系列データ(以下区間データと称する)が生成される。例えば、第1計測装置340より得られる生体情報の時系列データは、筋電位のデータであり、第2計測装置11より得られる生体情報の時系列データは、誘発磁界のデータである。
また、区間データが新規に生成されるたびに提示部41で提示される内容が更新される。図5に示す例では、弁別基準設定に用いる区間データとして、入力部42からの入力信号の立ち上がり時間の直前に生成された区間データを用いることとする。この場合、例えば時刻t_c(t_t3<t_c<t_t4)に入力部42からの信号を受け付けた場合、時刻t_t3に生成された区間データs1_t3が弁別基準の設定に用いられる。第2計測装置11より得られる区間データは弁別基準の設定には用いられない。
演算装置40は、トリガ信号に基づいて区間データを判定するごとに、区間データの波形を提示部41に表示させるための表示データを提示部41に送信する。提示部41は、表示データを受信するごとに、提示している波形を更新する。演算装置40を含むコンピュータ装置を操作するオペレータは、トリガ信号の周期で更新される波形を観察し、弁別基準の設定に適した波形が提示されたときに、入力部42を操作して波形を選択する。入力部42は、オペレータによる操作に基づいて入力信号を演算装置40に出力する。そして、上述したように、演算装置40は、入力信号の直前に生成されたトリガ信号に同期して生成した区間データを弁別基準の設定に用いる区間データとして選択する。
図6は、図4のステップS104の内容を説明するための図である。図6では、図5の区間データs1_t3に基づいて弁別基準を設定する例を示す。弁別基準は区間データより算出される特徴量に基づき決定される。特徴量として区間データの最大値と最小値との差を用いる場合、式(1)により弁別基準v_sが算出される。式中の符号*は乗算を示す。ここで、最大値と最小値との差は、区間データ内での最大振幅に対応し、弁別基準v_sは、基準振幅に対応する。
弁別基準v_s=η*(v_hs−v_ls) …(1)
η:係数(0<η≦1)
v_hs:区間データの最大値
v_ls:区間データの最小値
弁別基準を設定するための特徴量には、最大値と最小値との差の他に、平均値、分散、特定周波数成分の信号強度、あるいはニューラルネットワークによって学習されたモデルによる計算結果等が含まれてもよい。
図7は、図4のステップS105,S106,S107の内容を説明するための図である。弁別基準の設定後に生成される区間データ(例えば、s1_t4,s1_t5,s1_t6)は、弁別対象の区間データである。弁別対象となった区間データは、各区間データより算出される特徴量と弁別基準v_sとを比較することで弁別される。特徴量として区間データの最大値と最小値の差を用いる場合、式(2)により特徴量v_fが算出される。
特徴量v_f = v_hn − v_ln …(2)
v_hn:区間データの最大値
v_ln:区間データの最小値
各区間データは、特徴量v_f>弁別基準v_sの場合、分類Aに弁別され、特徴量v_f≦弁別基準v_sの場合、分類Bに弁別される。図7の左上の波形は、分類Bに弁別される。
後述するように、分類Aに弁別された区間データに対応して第2計測装置11より得られる区間データは、加算平均するための対象データとして抽出される。一方、分類Bに弁別された区間データに対応して第2計測装置11より得られる区間データは、加算平均するための対象データから外される。
なお、第2計測装置11の一例であるSQUIDセンサアレイ11は、互いに隣接する位置に配置された複数の磁気センサ(マルチセンサ)を有するため、1回の測定で複数の区間データを取得することができる。例えば、演算装置40は、分類Aに弁別された区間データを磁気センサ毎に加算平均し、磁気センサ毎の加算平均結果を提示部41に提示することができる。これにより、オペレータは、複数の加算平均結果から最適な加算平均結果を、診断等に使用するデータとして選択することできる。
弁別処理における特徴量には最大値と最小値との差の他に、平均値、分散、特定周波数成分の信号強度、又はニューラルネットワークによって学習されたモデルによる計算結果等が含まれてもよい。なお、特徴量v_fの算出に使用するパラメータは、弁別基準v_sの算出に使用するパラメータと同種であることが好ましい。
図4のステップS106の処理では、第2計測装置11より得られる生体情報が、第1計測装置340より得られる区間データの弁別結果に基づき弁別される。なお、第2計測装置11より得られる各区間データは、第1計測装置340より得られる各区間データの弁別結果と同じ分類に弁別されるが、新たな分類を設けて異なる分類に弁別されても良い。
図4のステップS108の処理では、同一分類に弁別された第2計測装置11より得られる複数の区分データが加算平均処理される。
図8は、被験者500の膝関節部に神経刺激装置30の電極310(311,312,313,314)を装着した様子を例示する模式図である。電極310は、例えば、被験者500の皮膚に接して配置される。刺激陰極311及び刺激陽極312は、電流供給部320より電流が供給されることにより腓骨神経を電気刺激し、神経活動を誘発することを意図して配置される。検出陰極313及び検出陽極314は、腓骨神経が支配する筋肉の活動電位を検出することを意図して配置される。このように、この例では、誘発対象である腓骨神経が支配する筋肉の活動電位を計測することで、電気刺激により神経活動が適切に誘発されたか否かを把握することができる。
図9は、本実施例における生体情報処理結果の例を示す図である。図8に示すように配置した電極310で経皮的に電気刺激し(持続時間:0.3ms、刺激頻度:5Hz)、腰椎の神経誘発磁界を測定した一例である(例えば、加算平均の回数は4000回)。
図9(a)は、筋電計340より得られ、弁別基準の設定に用いられる区間データの一例である。脊髄誘発磁界計測システム1のオペレータは、提示部41を見ながら筋電位の振幅が十分、すなわち電気刺激により神経活動が適切に誘発されたと判断されたタイミングで入力部42を操作する。操作に基づいて入力部42から入力信号を受けた演算装置40は、弁別基準を決める処理を行う。
図9(b)は、SQUIDセンサアレイ11(第2計測装置)より得られる区間データの波形の一例である。SN比が低いため、図9bのみでは有効な生体情報として活用するのが難しい。
図9(c)はSQUIDセンサアレイ11より得られる分類Aに弁別された複数の区間データの加算平均結果の一例である。図9(a)のように信号品質の高い生体情報に基づき計測対象が計測に適した状態であることをオペレータが確認したことに基づき、演算装置40が弁別基準を設定する。そして、図9(b)のように単一の区間データでは信号品質の良し悪しの判断が難しい場合においても、図9(c)のように加算平均法に適した分類Aに弁別された生体情報のみを加算平均処理することで、ノイズが低減され、有効信号を視認できるようになる。
図10は、弁別結果提示の例を示す図である。図10(a)は、弁別処理結果の推移を示す。図4のステップS107の処理により、第2計測装置11で計測された区間データのうち、分類Aに弁別された区間データの特徴量が、図10(a)のように提示部41に提示される。
例えば、図4に示したように、ステップS107の処理を計測終了条件の判定前に行う場合、区間データが分類Aに弁別される毎に、特徴量が1つずつ提示部41に提示される。一方、ステップS107の処理を図4の計測終了条件の判定後に行う場合、分類Aに弁別された全ての区間データの特徴量が提示部41に一度に提示される。
図10(b)は、第1計測装置340による区間データのうち、分類Aに弁別された全区間データの波形を重畳表示した図である。例えば、演算装置40は、図4のステップS107において弁別した区間データの信号波形とともに図10(b)の重畳波形を提示部41に提示する。
図10に示す各種情報を提示部41に提示することにより、オペレータは、計測中に計測対象が計測に適した状態を維持できたかどうかを把握できる。また、計測を実施するオペレータ以外の第3者に対して計測の確からしさを示すことができるようになる。さらに、オペレータは、弁別された区間データの特徴量又は区間データの重畳波形に基づいて、神経磁界の計測に適していないと判断した場合、計測を停止することができる。例えば、計測の停止(すなわち、加算平均の算出の停止)は、提示部41に提示される停止ボタンをオペレータがマウスを用いて選択することで行われる。
また、演算装置40は、特徴量が弁別基準に満たない区間データ(分類B)が所定回数連続して弁別された場合、計測を停止してもよい。例えば、所定回数は、オペレータが入力部42を操作することで、演算装置40に予め入力することができる。例えば、図10(a)において、計測を停止する所定回数が4回に設定されている場合、図10(a)が表示されたとき、すなわち、分類Bの特徴量が4回連続して表示されたとき、演算装置40は、計測を停止する。この際、演算装置40は、計測を停止したことを示す情報を提示部41に提示してもよい。
以上の処理により計測対象の状態に基づく信号品質をオペレータが確認した上で設定される弁別基準を用いて加算平均法に適した生体情報を弁別することができ、計測に適さない状態の生体情報を除外した上で加算平均処理を行うことができる。この結果、ノイズの影響を抑え、良好な生体情報処理結果を得ることができる。
以上、第1の実施形態では、弁別基準を容易に設定できる生体情報(例えば、筋電位)を用いて弁別基準を設定することで、もう一方の生体情報(例えば、神経磁界)のデータ収録の確度を向上する事ができる。
オペレータが目視により確認した波形に基づき弁別基準が設定されるため、計測対象に応じて最適な弁別基準を設定することができる。また、神経磁界の区間データを加算平均することで、神経磁界の波形に含まれるノイズを低減させることがき、データ収録の確度を向上することができる。
複数の磁気センサ(マルチセンサ)を有するSQUIDセンサアレイ11により、1回の測定で複数の区間データを取得することができ、複数の加算平均結果を取得することができる。情報量のより多いデータを取得できるため、データ収録の確度を向上することができる。
弁別結果等の計測対象の状態の履歴や推移を提示部41に提示することで、オペレータは、データ取得の確度を認知することができる。例えば、オペレータは、計測の継続是非を判断でき、計測継続が適さない場合に計測を中断できる。また、計測継続が適さない場合に、演算装置40は自動的に計測を中断できる。これにより、計測に適さない状態の計測結果が加算平均対象に混入することを防ぐことができ、データ取得の確度を向上することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、第1計測装置として神経刺激装置、第2計測装置として磁気計測装置を用いて、膝関節部刺激による腰椎の神経誘発磁界を脊髄誘発磁界計測システム1により計測する例を説明した。これに限らず肘関節部刺激による頚椎や手根管部の体性感覚誘発磁界を体性感覚誘発磁界計測システムにより計測することも可能である。
第2の実施形態では、第1の実施形態の脊髄誘発磁界計測システム1と類似する構成を有する体性感覚誘発磁界計測システム2により、肘関節部刺激による手根管部の神経磁界を計測する例について説明する。第2の実施形態で説明する体性感覚誘発磁界計測システム2は、第1の実施形態で説明した脊髄誘発磁界計測システム1とともに、神経磁界計測システムに含まれ、生体情報計測システムに含まれる。
図11は、第2の実施形態における体性感覚誘発磁界計測システム2を用いた場合の生体情報計測装置の例を示す図である。なお、図11においては本発明に関わる構成要素のみを記載し、他の構成要素は省略している。第2の実施形態の体性感覚誘発磁界計測システム2は、図3に示した第1の実施形態の脊髄誘発磁界計測システム1の神経刺激装置30の代わりに神経刺激装置30Aを有している。神経刺激装置30Aは、筋電計340の代わりに筋電計340Aを有している。体性感覚誘発磁界計測システム2において、筋電計340A以外の構成は、第1の実施形態と同様である。筋電計340Aの構成の詳細は図12で説明する。
図12は、図11の筋電計340Aを含む神経刺激装置30Aを例示する図である。神経刺激装置30Aは、電極310Aが筋電計340Aに接続されることを除き、図2に示した神経刺激装置30と同様である。電極310Aは、図2の電極310に含まれる検出陰極313、検出陽極314に加えて、検出陰極315、検出陽極316を含んでいる。すなわち、神経刺激装置30Aは、2系統の検出電極を備える。以後の説明では、検出陰極313、検出陽極314の電極対を第1計測装置の入力系統1と称し、検出陰極315、検出陽極316の電極対を第1計測装置の入力系統2と称する。
以下、演算装置40における処理を説明する。全体の処理フロー(図4)は第1の実施形態と同様である。
図13は、図11の演算装置40における図4のステップS101,S102,S103,S104の内容を説明するための図である。本実施形態における第1計測装置340及び第2計測装置11より得られる生体情報の時系列データとトリガ信号によりs11_t1,s11_t2,s11_t3,s11_t4,s12_t1,s12_t2,s12_t3,s12_t4,s2_t1,s2_t2,s2_t3,s2_t4で示される特定区間の時系列データ(以下区間データと称する)が生成される。
また、区間データが新規に生成されるたびに提示部41に提示される内容が更新される。弁別基準設定に用いる区間データとして、入力部42からの入力信号の立ち上がり時間の直前に生成された区間データを用いることとする。この場合、例えば時刻t_c(t_t3<t_c<t_t4)に入力部42からの信号を受け付けた場合、時刻t_t3に生成された区間データs11_t3及びs12_t3が弁別基準の設定に用いられる。第2計測装置11より得られる区間データは弁別基準設定には用いられない。
図4のステップS104における弁別基準の算出方法については第1の実施形態と同様である。但し、第1計測装置340の入力系統1に対して算出される弁別基準はv_s1とされ、第1計測装置340の入力系統2に対して算出される弁別基準はv_s2とされる。弁別基準v_s1,v_s2を設定する手法は、図6の弁別基準v_sを、それぞれ弁別基準v_s1,v_s2に置き換えることで説明できる。
図4のステップS105における特徴量(図7に示すv_f)の算出方法については第1の実施形態と同様である。但し、第1計測装置340の入力系統1に対して算出される特徴量はv_f1とされ、第1計測装置340の入力系統2に対して算出される特徴量はv_f2とされる。また、弁別基準設定後の各区間データは、v_f1>v_s1かつv_f2<v_s2の場合、分類Aに弁別され、v_f1≦v_s1又はv_f2≧v_s2の場合、分類Bに弁別される。
特徴量v_f1,v_f2を求める手法は、図7の特徴量v_fを、それぞれ特徴量v_f1,v_f2と置き換え、図7の弁別基準v_sを、それぞれ弁別基準v_s1、v_s2に置き換えることで説明できる。但し、分類Aへの弁別は、上述したように、特徴量v_f1が弁別基準v_s1より大きく、かつ、特徴量v_f2が弁別基準v_s2より小さい場合のみ行われる。
図4のステップS106,S108の処理は、第1の実施形態と同様とする。なお、第1計測装置340が処理する入力系統は3以上であってもよい。この場合、演算装置40は、全ての入力系統の特徴量がそれぞれの弁別基準を満足する場合に、当該区間データで第2計測装置11が計測した区間データの特徴量が提示部41に提示される。
図14は被験者500の肘関節部に神経刺激装置30Aの電極310A(311,312,313,314,315,316)を装着した様子を例示する模式図である。電極310Aは、例えば、被験者500の皮膚に接して配置される。刺激陰極311及び刺激陽極312は電流供給部320より電流が供給されることにより正中神経を電気刺激し、神経活動を誘発することを意図して配置される。
検出陰極313及び検出陽極314は、正中神経の複合神経活動電位を検出することを意図して配置される。検出陰極315及び検出陽極316は正中神経が支配する筋肉の活動電位を検出することを意図して配置される。このように誘発対象とする神経が支配する筋肉の活動電位と神経の複合神経活動電位とを同時計測することで、電気刺激により神経活動が適切に誘発されたか否か、さらには電気刺激による筋収縮の有無を把握することができる。
図15は、図11に示した体性感覚誘発磁界計測システム2により被験者500の手根管部を計測する様子を例示する模式図である。被験者500の手根管部を低温容器20の突起部201に接触させ、神経磁界を計測する。電気刺激部位と磁界計測対象となる領域が近接しているため、電気刺激による神経活動に起因する生体情報のほか、電気刺激により体表を流れる電流や電気刺激による筋収縮に起因する生体情報が磁界計測において観測されうる。
したがって、手根管部の神経磁界の計測においては神経活動が誘発され、かつ筋収縮が認められない状態となるよう電気刺激することが望ましい。このため、図13で説明したように、入力系統1より得られる生体信号の特徴量v_f1が弁別基準v_s1より大きく、かつ、入力系統2より得られる生体信号の特徴量v_f2が弁別基準v_s2より小さい場合に、分類Aに弁別する。
図16は図11の生体情報計測装置における生体情報処理結果の例を示す図である。図14に示す電極の配置で経皮的に電気刺激(持続時間:0.3ms、刺激頻度20Hz)し、手根管部の神経誘発磁界を測定した一例である(例えば、加算平均の回数は2000回)。
図16(a)は筋電計340Aより得られ、弁別基準の設定に用いられる区間データの一例である。体性感覚誘発磁界計測システム2のオペレータは、提示部41を見ながら複合筋電位の振幅が十分かつ筋電位が認められないと判断されたタイミングで入力部42を操作する。操作に基づいて入力部42から入力信号を受けた演算装置40は、弁別基準を決める処理を行う。
図16(b)は、SQUIDセンサアレイ11(第2計測装置)より得られ、弁別処理せずに2000個の区間データを加算平均した結果の一例である。2000個の区間データを取得する過程で被験者と刺激電極の接触状態が変化し、筋収縮に起因する信号を含んだ状態で計測されたため、神経活動に起因する信号のみを視認するのが困難である。
図16(c)は、SQUIDセンサアレイより得られる分類Aに弁別された複数の区間データの加算平均結果の一例である。筋収縮に起因する信号を含む区間データが弁別処理により加算平均対象から除外されているため、神経活動に起因する信号の視認が容易となる。弁別結果の提示については第1の実施形態と同様である。
以上、第2の実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第2の実施形態では、第1計測装置340により複数系統の生体信号を取得することで、より選別性能の高い弁別基準の設定することができ、データ収録の確度を向上することができる。
図17は、図3及び図11の演算装置40を含むコンピュータ装置50のハードウェア構成の例を示す図である。
コンピュータ装置50は、例えば、情報処理装置であり、CPU51、RAM52、ROM53、補助記憶装置54、入出力インタフェース55、及び表示装置56を有し、これらがバス57で相互に接続されている。CPU51は、演算装置40に対応し、表示装置56は、提示部41に対応する。
CPU51は、コンピュータ装置50の全体の動作を制御し、図4に示した動作等の各種の情報処理を行う。CPU51は、ROM53又は補助記憶装置54に格納された生体情報計測プログラムを実行して、弁別基準の設定、弁別基準を用いた特定区間のデータの弁別及び計測した波形の表示装置56への表示等を行う。
RAM52は、CPU51のワークエリアとして用いられ、生体情報計測プログラムや情報を記憶する不揮発RAMを含んでもよい。ROM53は、各種プログラムやプログラムで使用するパラメータ等を記憶する。本発明の生体情報計測プログラムがROM53に保存されてもよい。
補助記憶装置54は、SSD(Solid State Drive)、HDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置であり、たとえば、コンピュータ装置50の動作を制御するOS(Operating System)等の制御プログラムや、コンピュータ装置50の動作に必要な各種のデータ、ファイル等を格納する。
入出力インタフェース55は、タッチパネル、キーボード、操作ボタン、スピーカー等のユーザインタフェースと、他の電子機器と通信するための通信インタフェース等を含む。表示装置56には、図5に示した各特定区間の波形や、図9(a)、(c)又は図16(a)、(c)に示した波形等が表示される。また、表示装置56には、弁別基準の設定に適した波形が表示装置56に表示されたときに、オペレータがマウスを用いて選択する選択ボタン等が表示される。
図18は、図3及び図11の演算装置40を含むコンピュータ装置50の機能ブロック図である。
コンピュータ装置50は、特定区間決定部61、弁別基準設定部62、データ弁別部63及び情報提示部64を有する。例えば、定区間決定部61、弁別基準設定部62、データ弁別部63及び情報提示部64は、演算装置40が、生体情報計測プログラムを実行することにより実現される。
特定区間決定部61は、図5で説明したように、トリガ信号発生部330より出力されるトリガ信号に応じて、時系列データにおける特定区間を決定する。例えば、特定区間決定部61は、図4のステップS102の処理を実行する。
弁別基準設定部62は、図6で説明したように、入力部42からの入力信号を契機として、特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定する。例えば、弁別基準設定部62は、図4のステップS104の処理を実行する。
データ弁別部63は、図7で説明したように、第1計測装置340からの時系列データを利用して設定された弁別基準により、第1計測装置340からの時系列データを弁別し、弁別結果を用いて第2計測装置11の時系列データの特定区間のデータを弁別する。例えば、データ弁別部63は、図4のステップS105,S106の処理を実行する。
情報提示部64は、図4のステップS109の処理に対応し、データを弁別した結果を提示部41で提示する。
なお、弁別結果を提示する提示部41(表示装置56)は、単数もしくは複数の表示装置でもよい。例えば、オペレータの入力部42からの入力の際に参照する表示装置と、弁決結果を表示する表示装置が別であってもよい。
なお、第1の実施形態、第2の実施形態で説明した計測装置に限られず、刺激入力を行って計測するような形態においても本発明は適用可能である。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
1 脊髄誘発磁界計測システム
2 体性感覚誘発磁界計測システム
4 生体情報計測装置
10 磁気計測装置
11 SQUIDセンサアレイ
12 信号処理部
20 低温容器
30、30A 神経刺激装置
41 提示部
42 入力部
50 コンピュータ装置
51 CPU
52 RAM
53 ROM
54 補助記憶装置
55 入出力インタフェース
56 表示装置
57 バス
100 磁気シールドルーム
201 突起部
310、310A 電極
311 刺激陰極
312 刺激陽極
313、315 検出陰極
314、316 検出陽極
320 電流供給部
330 トリガ信号発生部
340、340A 筋電計
350 制御部
500 被験者
特開平10−80409号公報 特開2017−099450号公報 特表2012−520730号公報 特開2008−099450号公報
特開平10−80409号公報 特開2017−099450号公報 特表2012−520730号公報 特開2008−167975号公報

Claims (19)

  1. 生体情報を計測する第1計測装置からの第1の時系列データ及び前記第1計測装置が計測する生体情報とは異なる生体情報を計測する第2計測装置からの第2の時系列データとを処理する演算装置と、
    前記時系列データを提示する提示部と、
    トリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、
    オペレータの操作を受け付ける入力部と、
    を有し、
    前記演算装置は、
    前記トリガ信号発生部より出力される前記トリガ信号に応じて、前記第1の時系列データにおける特定区間を決定し、
    前記入力部からの入力信号を契機として、前記特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定し、
    設定された前記弁別基準による前記第1の時系列データの弁別結果を用いて前記第2の時系列データの前記特定区間に対応する弁別を行い、
    前記第2の時系列データの弁別結果を前記提示部で提示すること
    を特徴とする生体情報計測装置。
  2. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置は、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データのうち、前記入力信号を契機とする波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を設定し、
    前記第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データが基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別すること
    を特徴とする請求項1に記載の生体情報計測装置。
  3. 前記演算装置は、
    同一の種類に弁別された複数の特定区間の時系列データの加算平均を算出する機能を有すること
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の生体情報計測装置。
  4. 前記演算装置は、
    前記第1計測装置からの複数系統の時系列データを処理し、
    前記特定区間の複数系統の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定すること
    を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の生体情報計測装置。
  5. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置は、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の複数系統それぞれの波形データのうち、前記入力信号を契機とするそれぞれの波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を複数系統毎に設定し、
    全ての系統について特定区間の波形データがそれぞれの基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別すること
    を特徴とする請求項4に記載の生体情報計測装置。
  6. 前記演算装置は、
    前記第2計測装置からの複数系統の時系列データを処理すること、
    を特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の生体情報計測装置。
  7. 前記演算装置は、
    弁別基準設定後において逐次決定される特定区間の時系列データを加算平均の処理対象とするか否か弁別し、
    加算平均の処理対象とする分類に弁別された場合、加算平均結果を更新し、
    1回又はN回(Nは2以上の整数)以上連続して加算平均対象としない分類に弁別された場合、加算平均の算出を停止すること、
    を特徴とする請求項3〜請求項6のいずれか1項に記載の生体情報計測装置。
  8. 前記演算装置は、
    全ての特定区間の時系列データにおける各特定区間の時系列データの弁別結果及びそれらの波形を提示する手段を有すること、
    を特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の生体情報計測装置。
  9. 前記第1計測装置が計測する時系列データは、計測対象の生体から発生する筋電位のデータであり、
    前記第2計測装置が計測する時系列データは、刺激に対して計測対象の生体から発生する誘発磁界のデータであること
    を特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の生体情報計測装置。
  10. 計測対象の生体に電気刺激を与える刺激部を有し、
    前記第1計測装置は、前記電気刺激に応答して生体から発生する筋電位のデータを計測し、
    前記第2計測装置は、前記電気刺激に応答して生体から発生する誘発磁界のデータを計測すること
    を特徴とする請求項9に記載の生体情報計測装置。
  11. 生体情報を計測し、第1の時系列データを生成する第1計測装置と、
    前記第1計測装置が計測する生体情報とは異なる生体情報を計測し、第2の時系列データを生成する第2計測装置と、
    前記第1計測装置からの前記第1の時系列データと、前記第2計測装置からの前記第2の時系列データとを処理する演算装置と、
    前記時系列データを提示する提示部と、
    トリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、
    オペレータの操作を受け付ける入力部と、
    を有し、
    前記演算装置は、
    前記トリガ信号発生部より出力される前記トリガ信号に応じて、前記第1の時系列データにおける特定区間を決定し、
    前記入力部からの入力信号を契機として、前記特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定し、
    設定された前記弁別基準による前記第1の時系列データの弁別結果を用いて前記第2の時系列データの前記特定区間に対応する弁別を行い、
    前記第2の時系列データの弁別結果を前記提示部で提示すること
    を特徴とする生体情報計測システム。
  12. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置は、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データのうち、前記入力信号を契機とする波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を設定し、
    前記第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データが基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別すること
    を特徴とする請求項11に記載の生体情報計測システム。
  13. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置は、
    前記第1計測装置からの複数系統の時系列データを処理し、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の複数系統それぞれの波形データのうち、前記入力信号を契機とするそれぞれの波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を複数系統毎に設定し、
    全ての系統について特定区間の波形データがそれぞれの基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別すること
    を特徴とする請求項11又は請求項12に記載の生体情報計測システム。
  14. 生体情報を計測する第1計測装置からの第1の時系列データ及び前記第1計測装置が計測する生体情報とは異なる生体情報を計測する第2計測装置からの第2の時系列データとを処理する演算装置と、前記時系列データを提示する提示部と、トリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、オペレータの操作を受け付ける入力部と、を有する生体情報計測装置による生体情報計測方法であって、
    前記演算装置が、
    前記トリガ信号発生部より出力される前記トリガ信号に応じて、前記第1の時系列データにおける特定区間を決定し、
    前記入力部からの入力信号を契機として、前記特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定し、
    設定された前記弁別基準による前記第1の時系列データの弁別結果を用いて前記第2の時系列データの前記特定区間に対応する弁別を行い、
    前記第2の時系列データの弁別結果を前記提示部で提示すること
    を特徴とする生体情報計測方法。
  15. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置が、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データのうち、前記入力信号を契機とする波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を設定し、
    前記第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データが基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別すること
    を特徴とする請求項14に記載の生体情報計測方法。
  16. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置が、
    前記第1計測装置からの複数系統の時系列データを処理し、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の複数系統それぞれの波形データのうち、前記入力信号を契機とするそれぞれの波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を複数系統毎に設定し、
    全ての系統について特定区間の波形データがそれぞれの基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別すること
    を特徴とする請求項14又は請求項15に記載の生体情報計測方法。
  17. 生体情報を計測する第1計測装置からの第1の時系列データ及び前記第1計測装置が計測する生体情報とは異なる生体情報を計測する第2計測装置からの第2の時系列データとを処理する演算装置と、前記時系列データを提示する提示部と、トリガ信号を発生するトリガ信号発生部と、オペレータの操作を受け付ける入力部と、を有する生体情報計測装置に生体情報を弁別させる生体情報計測プログラムであって、
    前記演算装置に、
    前記トリガ信号発生部より出力される前記トリガ信号に応じて、前記第1の時系列データにおける特定区間を決定させ、
    前記入力部からの入力信号を契機として、前記特定区間の時系列データを利用して、特定区間の時系列データを弁別する弁別基準を設定させ、
    設定された前記弁別基準による前記第1の時系列データの弁別結果を用いて前記第2の時系列データの前記特定区間に対応する弁別を行わせ、
    前記第2の時系列データの弁別結果を前記提示部で提示させること
    を特徴とする生体情報計測プログラム。
  18. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置に、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データのうち、前記入力信号を契機とする波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を設定させ、
    前記第1計測装置が計測により得た特定区間の波形データが基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別させること
    を特徴とする請求項17に記載の生体情報計測プログラム。
  19. 前記時系列データは、波形データであり、
    前記演算装置に、
    前記第1計測装置からの複数系統の時系列データを処理させ、
    第1計測装置が計測により得た特定区間の複数系統それぞれの波形データのうち、前記入力信号を契機とするそれぞれの波形データの最大振幅に基づいて弁別基準である基準振幅を複数系統毎に設定させ、
    全ての系統について特定区間の波形データがそれぞれの基準振幅を超える場合、当該特定区間で前記第2計測装置が計測により得た波形データを有効なデータとして弁別させること
    を特徴とする請求項17又は請求項18に記載の生体情報計測プログラム。
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