JP2021101874A - 生体電位測定装置及び生体電位測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】生体電位のアナログ電位を１つの変換条件でデジタル電位に変換する場合と比較して、高精度な生体電位の測定を行いつつ、データ量を小さくした生体電位を得ることができる生体電位測定装置及び生体電位測定プログラムを提供する。【解決手段】生体電位測定装置１０は、生体電位を複数のアナログ電位に分岐するアナログ電位分岐部１２と、アナログ電位分岐部１２により分岐された一方のアナログ電位を、指定された第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第１ＡＤ変換部１４Ａと、アナログ電位分岐部１２により分岐された他方のアナログ電位を、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第２ＡＤ変換部１５Ａと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、生体電位測定装置及び生体電位測定プログラムに関する。

例えば、特許文献１には、脳波検出装置で検出した脳波の時系列データを解析して、所定の生体現象に起因するノイズ成分を除去した脳波信号を再構成する脳波信号処理装置が記載されている。この脳波信号処理装置は、脳波の時系列データを所定の分解レベルまでウェーブレット分解する分解手段と、分解手段で求めた所定分解レベルの分解結果における低周波成分を除いて所定分解レベルまでの各高周波成分を合成することにより、所定の生体現象によるノイズ成分を除去した脳波信号を再構成する再構成手段と、を有する。

特開２００１−６１８００号公報

例えば、人体から発生する脳波電位は、連続的なアナログ電位である。この脳波電位から様々な事象を読み取るために、脳波電位のアナログ電位を周波数分解したり、振幅の大きさにより分類したりする必要がある。このため、連続的なアナログ電位を離散的なデジタル電位に変換することが行われている。離散的なデジタル電位を連続的な電位に近付けるために、アナログ電位から取得する周波数を高くする方法がある。

しかしながら、周波数を高くするとデータ量が大きくなり、メモリ容量を圧迫する、あるいは、データ保存時間が短くなる等の問題が発生する場合がある。このため、高精度な生体電位の測定を行いながら、データ量を小さくすることが望まれている。

本発明は、生体電位のアナログ電位を１つの変換条件でデジタル電位に変換する場合と比較して、高精度な生体電位の測定を行いつつ、データ量を小さくした生体電位を得ることができる生体電位測定装置及び生体電位測定プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１態様に係る生体電位測定装置は、生体電位を複数のアナログ電位に分岐する分岐部と、前記分岐部により分岐された一方のアナログ電位を、指定された第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第１変換部と、前記分岐部により分岐された他方のアナログ電位を、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第２変換部と、を備えている。

また、第２態様に係る生体電位測定装置は、第１態様に係る生体電位測定装置において、前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々が、前記アナログ電位から取得される周波数であり、前記第２変換条件の前記周波数が、前記第１変換条件の前記周波数よりも低いとされている。

また、第３態様に係る生体電位測定装置は、第１態様又は第２態様に係る生体電位測定装置において、前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々が、前記アナログ電位から取得される電位範囲及び電位分解能であり、前記第２変換条件の前記電位範囲と前記電位分解能との比率が、前記第１変換条件の前記電位範囲と前記電位分解能との比率よりも小さいとされている。

また、第４態様に係る生体電位測定装置は、第３態様に係る生体電位測定装置において、前記第１変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第１測定部と、前記第２変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第２測定部と、前記第１測定部で測定された生体電位を表示する制御を行うと共に、前記第２測定部で測定された生体電位を記憶する制御を行う制御部と、を更に備えている。

また、第５態様に係る生体電位測定装置は、第３態様に係る生体電位測定装置において、前記生体電位が、複数種類の生体電位であり、前記複数種類の一方の生体電位を表すアナログ電位が、前記第１変換条件によってデジタル電位に変換され、前記複数種類の他方の生体電位を表すアナログ電位が、前記第２変換条件によってデジタル電位に変換される。

また、第６態様に係る生体電位測定装置は、第３態様に係る生体電位測定装置において、ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を介して外部機器と接続されており、前記生体電位が、脳波電位であり、前記第１変換部で変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する第１測定部と、前記第２変換部で変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する第２測定部と、前記第１測定部で測定された脳波電位及び前記第２測定部で測定された脳波電位の各々を前記外部機器に送信する制御を行う制御部と、を更に備えている。

また、第７態様に係る生体電位測定装置は、第３態様に係る生体電位測定装置において、前記第１変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第１測定部と、前記第２変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第２測定部と、前記第１変換部及び前記第１測定部、又は、前記第２変換部及び前記第２測定部のいずれかを停止する制御を行う制御部と、を更に備えている。

また、第８態様に係る生体電位測定装置は、第１態様〜第３態様のいずれか１の態様に係る生体電位測定装置において、前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々が、前記生体電位の利用目的に応じて予め設定されている。

また、第９態様に係る生体電位測定装置は、第８態様に係る生体電位測定装置において、前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々の設定を受け付ける受付画面を表示する制御を行う制御部を更に備えている。

更に、上記目的を達成するために、第１０態様に係る生体電位測定プログラムは、生体電位を複数のアナログ電位に分岐する分岐部を制御し、前記分岐部により分岐された一方のアナログ電位を、指定された第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第１変換部を制御し、前記分岐部により分岐された他方のアナログ電位を、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第２変換部を制御することを、コンピュータに実行させる。

第１態様及び第１０態様によれば、生体電位のアナログ電位を１つの変換条件でデジタル電位に変換する場合と比較して、高精度な生体電位の測定を行いつつ、データ量を小さくした生体電位を得ることができる、という効果を有する。

第２態様によれば、第１変換条件の周波数を用いて高精度な生体電位を得ると共に、第２変換条件の周波数を用いてデータ量の小さい生体電位を得ることができる、という効果を有する。

第３態様によれば、第１変換条件の電位範囲及び電位分解能を用いて高精度な生体電位を得ると共に、第２変換条件の電位範囲及び電位分解能を用いてデータ量の小さい生体電位を得ることができる、という効果を有する。

第４態様によれば、高精度な生体電位を表示しつつ、データ量の小さい生体電位を記憶することができる、という効果を有する。

第５態様によれば、複数種類の生体電位であっても、高精度な生体電位の測定を行いつつ、データ量を小さくした生体電位を得ることができる、という効果を有する。

第６態様によれば、高精度な生体電位、及び、データ量を小さくした生体電位の両方を用いて、ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を介して接続された外部機器を操作することができる、という効果を有する。

第７態様によれば、使用しない変換部及び測定部の電力消費を抑制することができる、という効果を有する。

第８態様によれば、利用目的に合った変換条件を設定することができる、という効果を有する。

第９態様によれば、受付画面を介して変換条件の設定を受け付けることができる、という効果を有する。

第１の実施形態に係る生体電位測定装置の外観の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る生体電位測定装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る周波数と周期との関係の説明に供する図である。 実施形態に係る生体電位の種類と電位範囲との関係の説明に供する図である。 実施形態に係る受付画面の一例を示す正面図である。 第１の実施形態に係る生体電位測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る生体電位測定装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る生体電位測定装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る生体電位測定装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る生体電位測定装置１０の外観の一例を示す図である。

本実施形態に係る生体電位測定装置１０には、一例として、図１に示すようなイヤホン型の簡易脳波計が適用される。この簡易脳波計とは、例えば、１ｃｈ（シングルチャンネル）の乾式電極を用いた脳波計とされる。この場合、生体電位測定装置１０は、被測定者の耳に装着され、耳の外耳道から生体電位を取得する。この生体電位には、一例として、脳波電位、脈波電位、及び筋電位等が含まれる。なお、測定対象とする生体は、一例として、人とされる。但し、測定対象とする生体は、人以外であってもよく、例えば、犬、猫等であってもよい。

従来の簡易脳波計は、ヘッドセット型又はヘッドギア型等の頭部に装着するものが主流である。このようなヘッドセット型又はヘッドギア型の簡易脳波計は、被測定者の動きに弱く、電極を被測定者に安定して接触させることが難しいため、被測定者から得られる生体電位が不安定になる場合がある。更に、簡易脳波計を装着したときの見た目が不自然なため、日常的な使用には不向きであった。このため、ゲーム等のエンターテインメント向けに用途が限定されている。

これに対して、本実施形態に係るイヤホン型の簡易脳波計は、導電性ゴムで構成されるイヤーピース電極をイヤホンのように被測定者の耳に装着するため、被測定者の動きに強く、被測定者との接点が安定して確保される。このため、被測定者から得られる生体電位が安定化する。更に、簡易脳波計を装着したときの見た目が自然なため、日常的な使用に向いている。このため、エンターテインメント向けに限定されず、多種多様な用途に利用することが可能とされる。

図２は、第１の実施形態に係る生体電位測定装置１０の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施形態に係る生体電位測定装置１０は、電位取得部１１、アナログ電位分岐部１２、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、第２電位変換部１５、メモリ１６、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７、周波数分析部１８、及び通信部１９を備えている。第１電位変換部１４は、第１ＡＤ（アナログデジタル）変換部１４Ａ及び第１電位測定部１４Ｂを備え、第２電位変換部１５は、第２ＡＤ変換部１５Ａ及び第２電位測定部１５Ｂを備えている。なお、本実施形態では、電位変換部を２つ設けた場合について説明するが、電位変換部は３つ以上であってもよい。

なお、上記のアナログ電位分岐部１２、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、及び第２電位変換部１５の各々は、電気回路として構成されている。

電位取得部１１は、被測定者Ｌｂの生体電位を取得する。電位取得部１１は、例えば、被測定者Ｌｂの耳に装着されるイヤーピース電極を含んでいる。このイヤーピース電極を接点として被測定者Ｌｂの生体電位が取得される。なお、取得される生体電位は、アナログ電位である。

アナログ電位分岐部１２は、電位取得部１１で取得された生体電位を複数のアナログ電位に分岐し、分岐した一方のアナログ電位を第１ＡＤ変換部１４Ａに供給し、分岐した他方のアナログ電位を第２ＡＤ変換部１５Ａに供給する。なお、アナログ電位分岐部１２は、分岐部の一例である。

アナログ電位増幅部１３は、アナログ電位分岐部１２と接続されており、アナログ電位分岐部１２を介して得られた生体電位を増幅し、増幅した生体電位をアナログ電位分岐部１２に送る。

第１ＡＤ変換部１４Ａは、アナログ電位分岐部１２により分岐された一方のアナログ電位を、指定された第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する。なお、第１ＡＤ変換部１４Ａは、第１変換部の一例である。

第２ＡＤ変換部１５Ａは、アナログ電位分岐部１２により分岐された他方のアナログ電位を、指定された第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する。第２変換条件は、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる条件とされる。なお、第２ＡＤ変換部１５Ａは、第２変換部の一例である。

第１電位測定部１４Ｂは、第１ＡＤ変換部１４Ａで変換されたデジタル電位から生体電位を測定し、測定した生体電位をＣＰＵ１７に供給する。具体的に、第１電位測定部１４Ｂは、デジタル電位に含まれるノイズ信号をフィルタ処理する。なお、第１電位測定部１４Ｂは、第１測定部の一例である。

第２電位測定部１５Ｂは、第２ＡＤ変換部１５Ａで変換されたデジタル電位から生体電位を測定し、測定した生体電位をＣＰＵ１７に供給する。具体的に、第２電位測定部１５Ｂは、デジタル電位に含まれるノイズ信号をフィルタ処理する。なお、第２電位測定部１５Ｂは、第２測定部の一例である。

メモリ１６には、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体が用いられる。メモリ１６には、本実施形態に係る生体電位測定プログラム１６Ａが記憶されている。生体電位測定プログラム１６Ａは、生体電位測定装置１０の生体電位測定動作を制御するためのプログラムである。生体電位測定プログラム１６Ａは、上述のアナログ電位分岐部１２、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、及び第２電位変換部１５の各々を制御する。

生体電位測定プログラム１６Ａは、例えば、生体電位測定装置１０に予めインストールされていてもよい。生体電位測定プログラム１６Ａは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布して、生体電位測定装置１０に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、ＣＤ-ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、光磁気ディスク、ＨＤＤ、ＤＶＤ-ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、フラッシュメモリ、メモリカード等が想定される。

ＣＰＵ１７は、生体電位測定装置１０を構成する各部と通信可能に接続され、各部の動作を制御する。ＣＰＵ１７は、メモリ１６に記憶されている生体電位測定プログラム１６Ａを読み出して実行することにより、上述のアナログ電位分岐部１２、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、及び第２電位変換部１５の動作を制御する。

周波数分析部１８は、ＣＰＵ１７に供給された生体電位に対して、一例として、フーリエ変換等を用いて周波数分析を行い、当該生体電位を、周波数毎、あるいは、α波、β波、θ波、δ波等の周波数帯毎に分解する。

通信部１９は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ブルートゥース（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）等の近距離無線通信を行う通信インターフェースである。通信部１９は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）、スマートフォン、タブレット端末等である端末装置３０との間で近距離無線通信を可能とする。

ここで、第１変換条件及び第２変換条件の各々は、一例として、アナログ電位から取得される周波数である。第２変換条件は、上述したように、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる。この場合、第２変換条件の周波数は、第１変換条件の周波数よりも低い。これについて、図３を参照して、具体的に説明する。

図３は、本実施形態に係る周波数と周期との関係の説明に供する図である。

図３示すように、周波数ｆ[Ｈｚ]と周期Ｔ[ｓ（秒）]とは、ｆ＝１／Ｔの関係がある。分析する周波数ｆの１周期を同じデータ数で分析する、つまり、分析精度を同じにするためには、アナログ電位から取得される周波数（以下、「取得周波数」という。）を変える必要がある。取得周波数を例えば１０倍にすると、データ量は１０倍となり、データ保存時間は１／１０となる。１周期のデータ量が多いと、周波数分析の処理時間が長くなる。

例１として、取得周波数ｆ＝１００[Ｈｚ]、つまり、周期Ｔ＝１／１００[ｓ]で１点のデータを取得する場合、取得周波数１０[Ｈｚ]、つまり、周期１／１０[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり１０点のデータが存在する。また、取得周波数５０[Ｈｚ]、つまり、周期１／５０[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり２点のデータが存在する。また、取得周波数１００[Ｈｚ]、つまり、周期１／１００[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり１点のデータが存在する。この場合、１秒間のデータ量は、８ｂｉｔ／データ×１００＝０．１ｋｂｙｔｅ、となる。

例２として、取得周波数ｆ＝５００[Ｈｚ]、つまり、周期Ｔ＝１／５００[ｓ]で１点のデータを取得する場合、取得周波数１０[Ｈｚ]、つまり、周期１／１０[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり５０点のデータが存在する。また、取得周波数５０[Ｈｚ]、つまり、周期１／５０[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり１０点のデータが存在する。また、取得周波数１００[Ｈｚ]、つまり、周期１／１００[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり５点のデータが存在する。この場合、１秒間のデータ量は、８ｂｉｔ／データ×５００＝０．５ｋｂｙｔｅ、となる。

例３として、取得周波数ｆ＝１０００[Ｈｚ]、つまり、周期Ｔ＝１／１０００[ｓ]で１点のデータを取得する場合、取得周波数１０[Ｈｚ]、つまり、周期１／１０[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり１００点のデータが存在する。また、取得周波数５０[Ｈｚ]、つまり、周期１／５０[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり２０点のデータが存在する。また、取得周波数１００[Ｈｚ]、つまり、周期１／１００[ｓ]の生体電位（例えば脳波電位）では、１周期あたり１０点のデータが存在する。この場合、１秒間のデータ量は、８ｂｉｔ／データ×１０００＝１．０ｋｂｙｔｅ、となる。

上記例により、取得周波数を低くすることで、変換後のデータ量が小さくなることが分かる。

また、第１変換条件及び第２変換条件の各々は、アナログ電位から取得される電位範囲及び電位分解能であってもよい。この場合、第２変換条件の電位範囲と電位分解能との比率は、第１変換条件の電位範囲と電位分解能との比率よりも小さい。これについて、図４を参照して、具体的に説明する。

図４は、本実施形態に係る生体電位の種類と電位範囲との関係の説明に供する図である。

図４に示すように、生体電位の種類によって電位範囲が異なっている。脳波電位の場合、一例として、電位範囲が５[μＶ]以上３００[μＶ]以下とされ、周波数が０[Ｈｚ]以上１５０[Ｈｚ]以下とされる。筋電位の場合、一例として、電位範囲が１００[μＶ]以上５００００[μＶ]以下とされ、周波数が０[Ｈｚ]以上１００００[Ｈｚ]以下とされる。眼電位の場合、一例として、電位範囲が５０[μＶ]以上３５００[μＶ]以下とされ、周波数が０[Ｈｚ]以上５０[Ｈｚ]以下とされる。神経電位の場合、一例として、電位範囲が１０[μＶ]以上３０００[μＶ]以下とされ、周波数が０[Ｈｚ]以上１００００[Ｈｚ]以下とされる。脈波電位の場合、動静脈の一例として、電位範囲が５００[μＶ]以上４０００[μＶ]以下とされ、周波数が０[Ｈｚ]以上２５０[Ｈｚ]以下とされているが、毛細血管の脈波はこれより低い電位範囲となる。

この場合、アナログ電位から取得される電位範囲（以下、「取得電位範囲」という。）と電位分解能（以下、「取得電位分解能」という。）との比率を変えることで、変換後のデータ量を小さくしてもよい。

例１として、取得電位範囲を０[μＶ]以上１００[μＶ]以下、取得電位分解能を０．５[μＶ]にする場合、１データあたりのｂｉｔ数（データ量）は、８ｂｉｔとされる。これは、取得電位範囲と取得電位分解能との比率（＝１００／０．５）から、２の８乗（＝２５６）に分割してデータが取得されるためである。

例２として、取得電位範囲を０[μＶ]以上１００００[μＶ]以下、取得電位分解能を０．５[μＶ]にする場合、１データあたりのｂｉｔ数（データ量）は、１５ｂｉｔとされる。これは、取得電位範囲と取得電位分解能との比率（＝１００００／０．５）から、２の１５乗（＝３２７６８）に分割してデータが取得されるためである。

例３として、取得電位範囲を０[μＶ]以上１００００[μＶ]以下、取得電位分解能を１０[μＶ]にする場合、１データあたりのｂｉｔ数（データ量）は、１０ｂｉｔとされる。これは、取得電位範囲と取得電位分解能との比率（＝１００００／１０）から、２の１０乗（＝１０２４）に分割してデータが取得されるためである。

上記例により、取得電位範囲と取得電位分解能との比率を小さくすることで、変換後のデータ量が小さくなることが分かる。

また、第１変換条件及び第２変換条件の各々は、生体電位の利用目的に応じて予め設定されていてもよい。この場合、ＣＰＵ１７は、一例として、図５に示す受付画面を端末装置３０に表示する制御を行う。ＣＰＵ１７は、制御部の一例である。

図５は、本実施形態に係る受付画面の一例を示す正面図である。

図５に示す受付画面は、第１変換条件及び第２変換条件の各々の設定を受け付けるための画面である。なお、図５の例では、３つの電位変換部を設けた場合について示しているが、電位変換部の個数は２つ以上であればよい。

図５に示すように、電位変換部１に対して、取得周波数の設定値（単位Ｈｚ）、１データあたりのデータ量を表す分解精度（単位ｂｉｔ）が設定される。また、電位変換部２に対して、処理動作のオン／オフの切り替え、取得周波数の設定値（単位Ｈｚ）、１データあたりのデータ量を表す分解精度（単位ｂｉｔ）が設定される。また、電位変換部３に対しても同様に、処理動作のオン／オフの切り替え、取得周波数の設定値（単位Ｈｚ）、１データあたりのデータ量を表す分解精度（単位ｂｉｔ）が設定される。例えば、測定担当者等が、電位変換部１〜電位変換部３の各々に対して、想定される利用目的に応じた変換条件を予め設定するようにすればよい。

次に、図６を参照して、第１の実施形態に係る生体電位測定装置１０の作用を説明する。本実施形態では、被測定者Ｌｂの短期的な生体電位を得るための第１変換条件と、被測定者Ｌｂの中長期的な生体電位を得るための第２変換条件とが予め設定されている。本実施形態に係る生体電位は、脳波電位、脈波電位、及び筋電位等である。なお、短期的とは、例えば、数分〜数十分程度の期間を表し、中長期的とは、例えば、１日程度の期間を表している。

図６は、第１の実施形態に係る生体電位測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、生体電位測定装置１０に対して、生体電位測定処理の開始が指示されると、生体電位測定プログラム１６Ａが起動され、生体電位測定プログラム１６Ａが各部の動作を制御することにより、以下の各ステップを実行する。

図６のステップ１００では、アナログ電位分岐部１２が、被測定者Ｌｂから、電位取得部１１を介して生体電位（本実施形態では脳波電位）を取得する。

ステップ１０１では、アナログ電位分岐部１２が、ステップ１００で取得した生体電位を複数のアナログ電位に分岐し、分岐した一方のアナログ電位を第１ＡＤ変換部１４Ａに供給し、分岐した他方のアナログ電位を第２ＡＤ変換部１５Ａに供給する。

ステップ１０２では、第１ＡＤ変換部１４Ａが、アナログ電位分岐部１２から供給された一方のアナログ電位を第１変換条件に基づいてデジタル電位を変換する。具体的に、第１変換条件は、短期的に比較的精度の高い、つまり、データ量が大きい脳波電位を得るための条件とされる。第１変換条件には、一例として、取得周波数：１０００[Ｈｚ]、取得電位範囲：０[μＶ]以上３００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：１０ｂｉｔ、が設定されている。なお、１データあたりのビット数は、取得電位範囲と取得電位分解能との比率によって決定される。

ステップ１０３では、第１電位測定部１４Ｂが、ステップ１０２で第１変換条件に基づき変換されたデジタル電位から生体電位を測定し、その生体電位の測定データをＣＰＵ１７に供給する。

ステップ１０４では、ＣＰＵ１７が、第１電位測定部１４Ｂから供給された生体電位の測定データを、通信部１９を介して端末装置３０に送信し、端末装置３０に表示する制御を行う。具体的には、例えば、プログラム作成業務等における短期的な集中レベルを把握したい場合に、取得周波数が比較的高い測定データを１秒単位の周波数分析データとして、端末装置３０にリアルタイムで表示させる。

ステップ１０５では、第２ＡＤ変換部１５Ａが、アナログ電位分岐部１２から供給された他方のアナログ電位を第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する。具体的に、第２変換条件としては、中長期的に比較的精度の低い、つまり、データ量が小さい脳波電位を得るための条件とされる。第２変換条件には、一例として、取得周波数：５００[Ｈｚ]、取得電位範囲：１[μＶ]以上３００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：１０ｂｉｔ、が設定されている。

ステップ１０６では、第２電位測定部１５Ｂが、ステップ１０５で第２変換条件に基づき変換されたデジタル電位から生体電位を測定し、その生体電位の測定データをＣＰＵ１７に供給する。

ステップ１０７では、ＣＰＵ１７が、第２電位測定部１５Ｂから供給された生体電位の測定データを、メモリ１６に記憶する制御を行い、生体電位測定処理を終了する。具体的には、例えば、プログラム作成業務等における中長期的な成果指標、持久時間等を把握したい場合に、取得周波数が比較的低い測定データ（ＲＡＷデータ）を記憶しておき、この測定データについて分析を行う。なお、ステップ１０２〜ステップ１０４までの処理と、ステップ１０５〜ステップ１０７までの処理との順序を逆にしてもよい。また、ステップ１０２〜ステップ１０４までの処理と、ステップ１０５〜ステップ１０７までの処理とは、同時に実行されるようにしてもよい。

上記によれば、取得周波数が比較的高い第１変換条件の測定データから得られる１秒単位の周波数分析データを端末装置３０にリアルタイムで表示しつつ、取得周波数が比較的低い第２変換条件の測定データがメモリ１６に記憶される。つまり、データ量が比較的小さい測定データをメモリ１６に記憶することで、中長期的な期間の測定データでも記憶することが可能とされる。

このように本実施形態によれば、利用目的に応じて変換条件が異なる複数系統の電位変換部が設けられている。このため、高精度な生体電位の測定を行いつつ、データ量を小さくした生体電位が得られる。

[第２の実施形態]
上記第１の実施形態では、複数種類の生体電位の中から１種類の生体電位を選択的に測定する場合について説明した。本実施形態では、複数種類の生体電位を同時に測定する場合について説明する。

図７は、第２の実施形態に係る生体電位測定装置１０Ａの電気的な構成の一例を示すブロック図である。なお、第１の実施形態で説明した生体電位測定装置１０と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態に係る生体電位測定装置１０Ａは、電位取得部２０、アナログ電位分岐部２１、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、第２電位変換部１５、メモリ１６、ＣＰＵ１７、周波数分析部１８、及び通信部１９を備えている。

電位取得部２０は、被測定者Ｌｂから複数種類の生体電位を取得する。複数種類の生体電位は、一例として、脳波電位、脈波電位、及び筋電位のいずれか複数である。

アナログ電位分岐部２１は、電位取得部２０により取得された複数種類の生体電位をそれぞれアナログ電位に分岐する。そして、アナログ電位分岐部２１は、複数種類の一方の生体電位を表すアナログ電位を第１ＡＤ変換部１４Ａに供給し、複数種類の他方の生体電位を表すアナログ電位を第２ＡＤ変換部１５Ａに供給する。

この場合、第１ＡＤ変換部１４Ａは、複数種類の一方の生体電位を表すアナログ電位を第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する。第２ＡＤ変換部１５Ａは、複数種類の他方の生体電位を表すアナログ電位を第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する。

複数種類の一方の生体電位は、例えば、脳波電位である。この場合、第１変換条件には、一例として、取得周波数：５００[Ｈｚ]、取得電位範囲：０[μＶ]以上３００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：１０ｂｉｔ、が設定されている。また、複数種類の他方の生体電位は、例えば、筋電位である。この場合、第２変換条件には、一例として、取得周波数：５００[Ｈｚ]、取得電位範囲：０[μＶ]以上８００００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：８ｂｉｔ、が設定されている。なお、複数種類の生体電位は、脳波電位、脈波電位、及び筋電位の３つの電位であってもよい。この場合、これら脳波電位、脈波電位、及び筋電位の各々について電位変換部（すなわち合計３つの電位変換部）を設けておけばよい。

上記によれば、被測定者Ｌｂの脳波電位、脈波電位、及び筋電位のうち２つ以上の生体電位の測定データがそれぞれにとって適切な取得周波数、取得電位範囲、及び取得電位分解能でメモリ１６に記憶される。例えば、１時間のフィットネス効果を把握するために、脳波電位にとって適切な取得周波数、取得電位範囲、及び取得電位分解能でその測定データがメモリ１６に記憶される。更に、運動により発生する筋電位にとって適切な取得周波数、取得電位範囲、及び取得電位分解能でその測定データがメモリ１６に記憶される。

このように本実施形態によれば、複数種類の生体電位を同時に測定対象とした場合に、複数種類の生体電位の各々にとって適切な取得周波数、取得電位範囲、及び取得電位分解能でその測定データが記憶される。

[第３の実施形態]
本実施形態では、ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を用いて、測定された脳波電位により外部機器を操作する場合について説明する。ここでいうブレイン・コンピュータ・インターフェース機能とは、被測定者の脳波信号によって外部機器を操作する機能である。

図８は、第３の実施形態に係る生体電位測定装置１０Ｂの電気的な構成の一例を示すブロック図である。なお、第１の実施形態で説明した生体電位測定装置１０と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る生体電位測定装置１０Ｂは、電位取得部１１、アナログ電位分岐部１２、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、第２電位変換部１５、メモリ１６、ＣＰＵ１７、周波数分析部１８、及びＢＣＩ（Brain Computer Interface）２２を備えている。

ＢＣＩ２２は、上述のブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を実現するために、被測定者Ｌｂの脳と外部機器とを接続するインターフェースである。つまり、ＢＣＩ２２は、被測定者Ｌｂの脳から得られる脳波信号によって外部機器４０を操作するためのインターフェースである。なお、外部機器４０は、被測定者Ｌｂによって操作対象とされる機器であれば特に限定されるものではないが、例えば、キーボード等の入力デバイスが対象とされる。

この場合、第１電位測定部１４Ｂは、第１ＡＤ変換部１４Ａで変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する。なお、第１変換条件には、一例として、取得周波数：２０００[Ｈｚ]、取得電位範囲：０[μＶ]以上３００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：１０ｂｉｔ、が設定されている。第２電位測定部１５Ｂは、第２ＡＤ変換部１５Ａで変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する。なお、第２変換条件には、一例として、取得周波数：１００[Ｈｚ]、取得電位範囲：０[μＶ]以上３００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：１０ｂｉｔ、が設定されている。

ＣＰＵ１７は、第１電位測定部１４Ｂで測定された脳波電位及び第２電位測定部１５Ｂで測定された脳波電位の各々を、ＢＣＩ２２を介して、外部機器４０に送信する制御を行う。

つまり、本実施形態に係る生体電位測定装置１０Ｂは、ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を実行するにあたり、幅広い周波数範囲の脳波電位を測定し、測定した脳波電位を用いて外部機器４０を操作するようにしている。例えば、ＢＣＩ２２を介して接続されたキーボード等の外部機器４０を操作する場合、取得周波数が比較的高い第１変換条件の測定データから得られる１秒単位の周波数分析データ、及び、取得周波数が比較的低い第２変換条件の測定データから得られる１秒単位の周波数分析データが外部機器４０に送信される。

このように本実施形態によれば、ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を実行するにあたり、幅広い周波数範囲で脳波電位が測定されて得られる。このため、ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能によって外部機器が適切に操作される。

[第４の実施形態]
本実施形態では、複数の電位変換部のうち、一方の電位変換部で高精度な生体電位の測定を行いつつ、他方の電位変換部を停止する制御を行う場合について説明する。

図９は、第４の実施形態に係る生体電位測定装置１０Ｃの電気的な構成の一例を示すブロック図である。なお、第１の実施形態で説明した生体電位測定装置１０と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図９に示すように、本実施形態に係る生体電位測定装置１０Ｃは、電位取得部１１、アナログ電位分岐部１２、アナログ電位増幅部１３、第１電位変換部１４、第２電位変換部１５、メモリ１６、ＣＰＵ１７、周波数分析部１８、及び通信部１９を備えている。

この場合、第１電位測定部１４Ｂは、第１ＡＤ変換部１４Ａで変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する。なお、第１変換条件には、一例として、取得周波数：２０００[Ｈｚ]、取得電位範囲：０[μＶ]以上５００[μＶ]以下、１データあたりのビット数：１０ｂｉｔ、が設定されている。第２電位測定部１５Ｂは、第２ＡＤ変換部１５Ａで変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する。

ＣＰＵ１７は、第１ＡＤ変換部１４Ａ及び第１電位測定部１４Ｂを含む第１電位変換部１４、又は、第２ＡＤ変換部１５Ａ及び第２電位測定部１５Ｂを含む第２電位変換部１５のいずれかを停止する制御を行う。本実施形態では、第１変換条件が第１電位変換部１４に設定されているため、第２電位変換部１５を停止させる。なお、第１変換条件が第２電位変換部１５に設定されている場合は、第１電位変換部１４を停止させるようにしてもよい。

つまり、本実施形態に係る生体電位測定装置１０Ｃは、取得周波数が比較的高い第１変換条件の測定データ（ＲＡＷデータ）をメモリ１６に記憶すると共に、使用しない電位変換部を停止させるようにしている。この第１変換条件の測定データは、例えば、マーケティング等で感情の変化等を細かく調査する場合に使用される。

このように本実施形態によれば、複数の電位変換部のうち、一方の電位変換部で高精度な生体電位の測定を行いつつ、他方の電位変換部を停止させる。使用しない電位変換部を停止させることで、無駄な電力の消費が抑制される。

なお、上記各実施形態において、プロセッサとは広義的なプロセッサを指し、汎用的なプロセッサ（例えば、ＣＰＵ： Central Processing Unit、等）や、専用のプロセッサ（例えば、ＧＰＵ： Graphics Processing Unit、ＡＳＩＣ： Application Specific Integrated Circuit、ＦＰＧＡ： Field Programmable Gate Array、プログラマブル論理デバイス、等）を含むものである。

また、上記各実施形態におけるプロセッサの動作は、１つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。また、プロセッサの各動作の順序は、上記各実施形態において記載した順序のみに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

以上、実施形態に係る生体電位測定装置を例示して説明した。実施形態は、生体電位測定装置が備える各部の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、このプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体の形態としてもよい。

その他、上記実施形態で説明した生体電位測定装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。

また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。

１０、１０Ａ〜１０Ｃ 生体電位測定装置
１１、２０ 電位取得部
１２、２１ アナログ電位分岐部
１３ アナログ電位増幅部
１４ 第１電位変換部
１４Ａ 第１ＡＤ変換部
１４Ｂ 第１電位測定部
１５ 第２電位変換部
１５Ａ 第２ＡＤ変換部
１５Ｂ 第２電位測定部
１６ メモリ
１６Ａ 生体電位測定プログラム
１７ ＣＰＵ
１８ 周波数分析部
１９ 通信部
２２ ＢＣＩ
３０ 端末装置
４０ 外部機器

Claims (10)

1. 生体電位を複数のアナログ電位に分岐する分岐部と、
   前記分岐部により分岐された一方のアナログ電位を、指定された第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第１変換部と、
   前記分岐部により分岐された他方のアナログ電位を、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第２変換部と、
   を備えた生体電位測定装置。
2. 前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々は、前記アナログ電位から取得される周波数であり、
   前記第２変換条件の前記周波数は、前記第１変換条件の前記周波数よりも低い
   請求項１に記載の生体電位測定装置。
3. 前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々は、前記アナログ電位から取得される電位範囲及び電位分解能であり、
   前記第２変換条件の前記電位範囲と前記電位分解能との比率は、前記第１変換条件の前記電位範囲と前記電位分解能との比率よりも小さい
   請求項１又は請求項２に記載の生体電位測定装置。
4. 前記第１変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第１測定部と、
   前記第２変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第２測定部と、
   前記第１測定部で測定された生体電位を表示する制御を行うと共に、前記第２測定部で測定された生体電位を記憶する制御を行う制御部と、
   を更に備えた請求項３に記載の生体電位測定装置。
5. 前記生体電位は、複数種類の生体電位であり、
   前記複数種類の一方の生体電位を表すアナログ電位は、前記第１変換条件によってデジタル電位に変換され、
   前記複数種類の他方の生体電位を表すアナログ電位は、前記第２変換条件によってデジタル電位に変換される
   請求項３に記載の生体電位測定装置。
6. ブレイン・コンピュータ・インターフェース機能を介して外部機器と接続されており、
   前記生体電位は、脳波電位であり、
   前記第１変換部で変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する第１測定部と、
   前記第２変換部で変換されたデジタル電位から脳波電位を測定する第２測定部と、
   前記第１測定部で測定された脳波電位及び前記第２測定部で測定された脳波電位の各々を前記外部機器に送信する制御を行う制御部と、
   を更に備えた請求項３に記載の生体電位測定装置。
7. 前記第１変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第１測定部と、
   前記第２変換部で変換されたデジタル電位から生体電位を測定する第２測定部と、
   前記第１変換部及び前記第１測定部、又は、前記第２変換部及び前記第２測定部のいずれかを停止する制御を行う制御部と、
   を更に備えた請求項３に記載の生体電位測定装置。
8. 前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々は、前記生体電位の利用目的に応じて予め設定されている
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の生体電位測定装置。
9. 前記第１変換条件及び前記第２変換条件の各々の設定を受け付ける受付画面を表示する制御を行う制御部を更に備えた請求項８に記載の生体電位測定装置。
10. 生体電位を複数のアナログ電位に分岐する分岐部を制御し、
    前記分岐部により分岐された一方のアナログ電位を、指定された第１変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第１変換部を制御し、
    前記分岐部により分岐された他方のアナログ電位を、変換後のデータ量が第１変換条件よりも小さくなる第２変換条件に基づいてデジタル電位に変換する第２変換部を制御することを、
    コンピュータに実行させるための生体電位測定プログラム。

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