JP2022074177A - 生体情報測定用ハーネスおよび生体情報処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】心電信号が正常に取得できているかを判断するための技術を提供する。
【解決手段】動物に装着するための生体情報測定用ハーネスが提供される。生体情報測定用ハーネスは、動物の心電信号を受信し、心電信号を増幅し、かつ、所定の周波数をカットするフィルタ処理を行う心電処理回路と、増幅された心電信号および電気信号を取得し、増幅された心電信号に基づいて動物の拍動間隔を検出し、拍動間隔と電気信号の周期とが略一致するかどうかを判定することによって心電信号が正常に取得できているか否かを判定するための制御部と、を備える。
【選択図】図３

Description

以下の開示は、生物の精神的状態または肉体的状態を取得するための技術に関する。

従来から、生物の精神的または肉体的な状態を取得するための技術が知られている。例えば、特開２０１７－２１３３９１号公報（特許文献１）には、心拍や電極の接触が良いかどうかを検出するシステムが開示されている。特許文献１によると、このシステムは、織物に複数の織物電極を設置し、心電図の等電位線図を利用し、人体移動のもたらす干渉を考慮に入れ、分離式電極構造に設定する。このシステムは、電極位置、面積及び導線レイアウトにより心拍を検出し、環境状態の変更によって「ドライ電池または容量結合電極により心電信号を採取するか」を選択する。また、このシステムは、ノイズ、体表インピーダンス、筋肉インピーダンスの測定により、電極と人体の接触が良いかどうかを検出する。また、心電信号波形とノイズにより人体姿勢と動作を推測することができる。

特開２０１７－２１３３９１号公報

本開示の目的は、心電信号が正常に取得できているかを判断するための技術を提供することにある。

本開示の一態様に従うと、動物に装着するための生体情報測定用ハーネスが提供される。生体情報測定用ハーネスは、動物の心電信号を受信し、心電信号を増幅し、かつ、所定の周波数をカットするフィルタ処理を行う心電処理回路と、心電処理回路によって増幅された心電信号に基づいて動物の拍動間隔を検出する検出回路と、一定周期の電気信号を発生させる電気信号生成回路と、周期信号発生回路が発生させた電気信号を取得し、拍動間隔と電気信号の周期とが略一致するかどうかを判定することによって心電信号が正常に取得できているか否かを判定するための制御部と、を備える。

以上のように、本開示によれば、心電信号が正常に取得できているかを、判断するための技術が提供される。

第１の実施の形態にかかる生体情報処理システム１の全体構成を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報処理システム１の構成を示す図である。 第１の実施の形態にかかる信号取得装置５００の処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる通常の心電データを示す図面である。 第１の実施の形態にかかる拍動タイミングおよび拍動間隔のデータを示す図である。 第１の実施の形態にかかる正常に心電信号が得られていない状態のデータを示す図面である。 第１の実施の形態にかかる生体情報処理システム１の第１の自律神経バランスを算出するための処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ）とその次の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ＋１）との拍動間隔テーブルからＹ＝Ｘ方向とそれに垂直な方向の軸への変換を示すイメージ図である。 第１の実施の形態にかかる犬の精神的状態または肉体的状態毎の、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差と、Ｙ＝Ｘと垂直な軸に関する標準偏差との目安を示す表である。 第１の実施の形態にかかる犬の興奮状態におけるポアンカレプロット図である。 第１の実施の形態にかかる犬の通常状態で呼吸が安定している状態におけるポアンカレプロット図である。 第１の実施の形態にかかる犬の通常状態におけるポアンカレプロット図である。 第１の実施の形態にかかる犬の安静状態におけるポアンカレプロット図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報処理システム１の第２の自律神経バランスを算出するための処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる犬の精神的または肉体的状態毎の、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差と、Ｙ＝Ｘと垂直な軸に関する標準偏差と、第２の自律神経バランスとしての標準偏差の積と、標準偏差の比との目安を示す表である。 第２の実施の形態にかかる生体情報処理システム１の構成を示す図である。 第３の実施の形態にかかる生体情報処理システム１の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
＜第１の実施の形態＞
＜生体情報処理システムの全体構成＞

まず、図１および図２を参照して、本実施の形態にかかる生体情報処理システム１の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる生体情報処理システム１の全体構成を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる生体情報処理システム１の機能構成を示す図である。なお、以下では、生物を代表して、呼吸性の不整脈を有する犬の状態を判断する場合について説明する。

本実施の形態にかかる生体情報処理システム１は、主に、犬の胸部に取り付けられる心電取得用の電極４０１，４０２，４０３と、心電信号を処理するための生体情報測定用ハーネスとしての信号取得装置５００と、信号取得装置５００と通信可能な状態処理装置としての通信端末３００とを含む。

心電取得用の電極４０１，４０２，４０３は、胸部等において、心臓部を挟むような位置に取り付けることが望ましく、例えば、両前足（または、前足と後ろ足）の肉球部など毛の生えていない場所であってもよい。また、毛を刈った状態であるか、ゲルなどが付着した電極、あるいは、突起状の構造を持ち、毛があっても皮膚と接触する構成であることが望ましい。あるいは、毛がある状態で、非接触で容量性材料を介して心電を誘導する形態が望ましい。それにより、犬等の表皮が毛に覆われた生物であっても心電を取得することが可能となる。本実施の形態においては、３個の電極４０１，４０２，４０３を使用する構成としているが、電極は、２個以上であればよく、さらに、多くの電極を使用する構成としてもよい。
＜信号取得装置５００の構成＞

次に、図２および図３を参照して、信号取得装置５００の構成と処理とについて説明する。なお、図３は、本実施の形態にかかる信号取得装置５００が実行する全体処理を示すフローチャートである。信号取得装置５００は、心電前処理部５１１と拍動タイミング取得部５１２と記憶部５２０と周期判別部５１３と送信部５６０などを含む。

心電前処理部５１１は、フィルタや増幅器を含む。心電前処理部５１１は、電極４０１，４０２，４０３から送られている信号を、図４に示すような心電信号データに変換して、拍動タイミング取得部５１２に受け渡す（ステップＳ００２）。

より詳細には、心電前処理部５１１には、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタなどのフィルタ装置、オペアンプなどから構成される増幅装置、心電のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置等が含まれる。尚、フィルタ装置、増幅装置などは、ソフトウェアにより実装される形態であってもよい。また、Ａ／Ｄ変換装置においては、拍動間隔のゆらぎ量の差異が判別できる周期と精度でのサンプリングを行うことが望ましい。すなわち、Ａ／Ｄ変換の周波数が、２５Ｈｚ以上の周波数で取得することが望ましい。例えば、本実施の形態においては、１０００Ｈｚでの心電信号のサンプリングを行っている。サンプリングの周波数を高めることにより、拍動間隔の揺らぎ量を正確に把握することが可能となる。

拍動タイミング取得部５１２は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１０やメモリを含む制御部によって実現される。より詳細には、ＣＰＵ５１０が、メモリに格納されているプログラムを実行することによって、各種の判断方法により、Ｒ波と判断できるピークを特定する（ステップＳ００４）。すなわち、拍動タイミング取得部５１２は、Ｒ波と判断できるピークに対して拍動タイミングとしての時刻情報を付与して、記憶部５２０に格納する。なお、心電波形のピークの抽出や拍動タイミングの特定の方法に関しては、特に限定しない。

拍動タイミング取得部（拍動間隔を検出する検出回路）５１２は、前回の拍動タイミングから今回の拍動タイミングまでの時間を今回の拍動間隔として計算し、拍動タイミングも記憶部５２０に格納する（ステップＳ００６）。

たとえば、ＣＰＵ５１０は、ステップＳ００４やステップＳ００６において、図５に示すように、所定の時間帯毎に、当該所定の時間帯の基準時刻を示すタイムスタンプと、当該所定の時間帯に含まれる拍動タイミング毎の、所定の時間帯の基準時刻からの詳細な経過時間とを記憶部５２０に記憶させる。本実施の形態においては、所定の時間帯の長さは１秒間であって、所定の時間帯の基準時刻からの詳細な経過時間はｍｓｅｃで示される。なお、記憶部５２０は、一例として、ＳＤカードやＵＳＢメモリなどの不揮発性の記録媒体と、当該記録媒体にデータを書き込むためのメモリインターフェイスなどによって実現される。

周期信号発生部５９０は、図６に示すような、一定の周期の電気信号を発生させる回路である。電極が生体に適切に接触していない場合においては、図６に示すような、ベースラインにノイズが少なく、一定周期の電気信号の振幅のみが観測される。ここでは説明のために、周期信号発生部５９０は、Ｘ（ｍｓ）の間隔をあけて、電気信号を発生させるものとする。周期的な信号を能動的に発生させるための構成については特に限定しない。

周期判別部５１３は、たとえば、ＣＰＵ５１０やメモリを含む制御部によって実現される。より詳細には、ＣＰＵ５１０が、メモリに格納されているプログラムを実行することによって、後述する判断方法により、正常に心電波形を取得出来ているか否かを判断する（ステップＳ００８）。

本実施の形態においては、周期判別部５１３は、心電波形から得られた拍動間隔の、所定時間、たとえば５秒間など、における平均値Ｙ（ｍｓ）や標準偏差Ｚ（ｍｓ）などを計算する。そして、拍動間隔の平均値Ｙ（ｍｓ）が、周期信号発生部５９０の電気信号の間隔の平均値Ｘ（ｍｓ）に近いか否かを判断することによって、得られた心電信号が周期信号発生部５９０によって作られた電気信号によるものであるか否かを判断する。

なお、拍動間隔の平均値Ｙ（ｍｓ）が周期信号発生部５９０の電気信号の間隔の平均値Ｘ（ｍｓ）に近いか否かの判断は、たとえば、拍動間隔の平均値Ｙ（ｍｓ）が電気信号の間隔の平均値Ｘ（ｍｓ）から５％以内である、ことを判断することによって実行できる。

あるいは、周期判別部５１３は、拍動間隔の標準偏差Ｚ（ｍｓ）が所定値以下であるか否かを判断してもよい。なお、ここでの所定値とは、たとえば、２ｍｓであったり、平均値Ｙ（ｍｓ）の１％あったりするが、特に限定されない。

そして、周期判別部５１３は、心電信号が周期信号発生部５９０によって作られた電気信号によるものであると判断された場合（ステップＳ００８にてＹＥＳである場合）、送信部５６０を介して、所定のエラー情報を通信端末３００やサーバ１００に送信する（ステップＳ０１０）。これによって、通信端末３００が、信号取得装置５００が正常に生体に取り付けられていない旨の情報を、ディスプレイ３３０に表示したり、スピーカに音声出力したりすることができる。

ただし、ステップＳ００８においてＹＥＳである場合、信号取得装置５００のＣＰＵ５１０がスピーカから警告音声を出力したり、ディスプレイから警告メッセージを出力したり、警告用のライトを発光させたりしてもよい。

逆に、周期判別部５１３は、心電信号が周期信号発生部５９０によって作られた電気信号によるものであると判断されなかった場合（ステップＳ００８にてＮＯである場合）、送信部５６０を介して、正常情報を通信端末３００に送信する（ステップＳ０１２）。たとえば、送信部５６０は、所定の時間帯毎に、当該所定の時間帯の基準時刻を示すタイムスタンプと、当該所定の時間帯に含まれる拍動タイミング毎の、所定の時間帯の基準時刻からの詳細な経過時間とを通信端末３００に送信する。

より詳細には、拍動間隔は、通常、人においても、動物においても、図４に示すように、僅かに揺らいでいる。特に犬においては、この揺らぎが大きいことが知られている（呼吸性不整脈）。つまり、正常に心電信号が得られた場合には、拍動間隔の揺らぎが検知できるはずである。

一方、機械的に発生させた電気信号は、図６に示すように、一定の周期をもつため、機械的な信号が検出された場合には、周期にばらつきが無く、発信した周期と同一になる。つまり、規則正しい心電波形が得られた場合には、心拍の拍動を示す信号ではなく、回路上で発生した信号となり、生体から正常に心電信号が取れていないことを意味する。すなわち、電極と生体の接触状態が心電計測に適さない状態であることを意味する。心電計測に適さない状態とは、電極と生体に接していない、または電極と生体間の接触抵抗が大きく、適切な通電状態ではない、と言える。例えば、周期判別部５１３が機械的に発生させた電気信号のみを所定の期間(例えば３秒間)以上連続して取得した場合に、電極と生体の接触状態によって、生体から正常に心電信号を取れていない、と判断してよい。

入力する信号の周期は、０．２秒から１０秒までの範囲が好ましい。これは、ピーク検出において、検出可能な範囲の短い周期（０．２秒→３００ｂｐｍに相当）から拍動が無いことをできるだけ早期に検出するためである。

なお、予め心臓の病気やその治療（ペースメーカーなど）などの原因により、一定の周期をもつ心電信号が得られる可能性が高い場合には、通常の心臓の周期とは異なる周期の電気信号を入力することが好ましい。

また、ピーク検出のための心電信号の閾値は、周期信号が検出可能な数値とする。周期信号発生部５９０からの電気信号の振幅は、生体の拍動タイミングの検出の妨げにならない程度の振幅、たとえば正常な心電信号のピークの１０％未満程度に設定されることが好ましい。

また、電極が生体に適切に接触ができている状態では、図４のように心電信号のベースラインにノイズが混入している状態となる。つまり、周期信号発生部５９０からの電気信号の振幅をノイズレベル以下の振幅となるように設定することで、電極が生体に良好に接触ができている状態では、周期信号を検出できない状態とすることができる。この場合、生体への電極の接触が良好ではない場合には、周期信号が検出される。逆に接触が良好な場合には、拍動の周期が検出される。また、電極と生体の接触が良好であるが、上記のようにノイズに埋もれて、周期信号が検出されない場合には、接触が良好でない状態であることを排除することが可能となり、心臓の活動に何らかの異常があることが判別できるため、異常を早期に見つけることが可能となる。
＜通信端末３００の構成＞

次に、通信端末３００の構成と処理について説明する。なお、図７は、本実施の形態にかかる通信端末３００が実行する処理を示すフローチャートである。図２および図７を参照して、通信端末３００は、受信部３６１、拍動間隔取得部３２１、解析部３１１と、グラフ作成部３１２と、結果出力部３１３と、ディスプレイ３３０と、データ記憶部３２２と、送信部３６２とを含む。

まず、受信部３６１と送信部３６２は、例えば、アンテナやコネクタなどを含む通信インターフェイス３６０によって実現される。受信部３６１は、信号取得装置５００からの拍動タイミングを示すデータを受信する（ステップＳ１００）。

拍動間隔取得部３２１は各種のメモリ３２０などによって構成され、信号取得装置５００から受信したデータを格納する。本実施の形態においては、ＣＰＵ３１０が、通信インターフェイス３６０を介して受信した拍動タイミングに基づいて拍動と拍動の間の時間を計算する（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ３１０は、拍動間隔を拍動間隔テーブル（図５参照。）として逐次メモリ３２０に蓄積していく（ステップＳ１０４）。本実施の形態においては、拍動間隔は、例えば、図５に示すようにｍｓｅｃ（ミリセック）の単位で計算される。ただし、これらのデータは、通信端末３００のメモリ３２０に記憶されてもよいし、通信端末３００からアクセス可能な他の装置に記憶されてもよい。なお、図５において拍動時刻１及び２に９が記入されている時刻の行は、もともと拍動が検出されていない時間帯示すものである。これは、拍動が無い時間帯を仮に９の数値を入力して示すものであり、その他の数値や記号であってもよい。

なお、本実施の形態においては、ＣＰＵ３１０は、何らかの原因によって信号取得装置５００からの拍動タイミングを示すデータが欠損した場合、後述する通り、拍動間隔が計算できない期間に関しては各種のプロットを行わず、当該期間を経過したところから各種のプロットを再開する。より詳細には、欠損データの取り扱い方法として後述する。

解析部３１１と、グラフ作成部３１２と、結果出力部３１３とは、例えばＣＰＵ３１０がメモリ３２０のプログラムを実行することによって実現される。解析部３１１は、一定時間単位、例えば、１分、１０分、１時間など、状態を判定するために必要な時間単位で、拍動間隔取得部３２１から拍動間隔データを読み出して、拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ）とその次の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ＋１）との拍動間隔テーブルを作成する（ステップＳ１０６）。

解析部３１１は、図８に示すように、拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ）とその次の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ＋１）との拍動間隔テーブルからＹ＝Ｘ方向とそれに垂直な方向の軸への変換を行う（ステップＳ１０８）。

解析部３１１は、軸の変換を行った後のそれぞれの軸を構成する数値列に関する標準偏差を算出する（ステップＳ１１０）。なお、解析部３１１は、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差だけを算出してもよいし、Ｙ＝Ｘと垂直な軸に関する標準偏差だけを算出してもよいし、両方を算出してもよい。図９は、犬の精神状態または肉体的状態毎の、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差と、Ｙ＝Ｘと垂直な軸に関する標準偏差との目安を示す表である。

なお、解析部３１１は、主成分分析などの方法により分散が最大になる軸を特定し、当該軸と当該軸に垂直な軸に関する標準偏差を算出してもよい。さらには、解析部３１１は、軸変換を行わずに、Ｘ軸とＹ軸に関する標準偏差を算出するものであってもよい。分散の大きい方向がＸ軸方向とＹ軸方向である場合には、軸変換を行わなくとも、Ｘ軸とＹ軸の標準偏差を算出することで、ポアンカレプロットした拍動間隔のばらつき状態を評価できる。この場合、軸変換を行う必要が無いために、計算量を低減することができる。

結果出力部３１３は、例えば、自身の、あるいは外部の、ディスプレイ３３０やスピーカなどの出力装置に、標準偏差を表示させたり、音声メッセージを出力させたりする（ステップＳ１１４）。より詳細には、結果出力部３１３は、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差だけを出力させてもよいし、Ｙ＝Ｘと垂直な軸に関する標準偏差だけを出力させてもよいし、両方を出力させてもよいし、大きい方だけを出力させてもよいし、小さい方だけを出力させてもよい。

標準偏差を計算することにより、拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ）とその次の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ＋１）とをそれぞれ軸としてポアンカレプロットした拍動間隔のばらつき状態が評価できる。

なお、本実施の形態にかかる生体情報処理システム１は、通信端末３００が通信可能なサーバを含む形態であってもよい。その場合、結果出力部３１３としてのＣＰＵ３１０は、標準偏差や関係テーブルなどデータ記憶部３２２に蓄積したり、送信部３６２を利用することによって、インターネットなどを介してサーバに送信したりする。これによって、今回の出力結果を観察対象の短期または長期のストレス状態の把握などに利用することができる。

本実施の形態においては、ステップＳ１０８とは別に、同時にグラフ作成部３１２は、図５の拍動間隔テーブルから、標準偏差の計算に使用した範囲の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ）とその次の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ＋１）とのデータを取得して、図１０～図１３に示すようなポアンカレプロット図を作成する。

そして、結果出力部３１３は、作成されたポアンカレプロット図を、自身の、または外部の、ディスプレイなどの出力装置に表示させる。なお、グラフ作成部３１２は、ステップＳ１０８の結果を利用して、軸変換後のポアンカレプロット図を作成して出力してもよい。

ここで、ポアンカレプロット図に関して説明する。図１０は、本実施の形態にかかる犬の興奮状態におけるポアンカレプロット図である。図１１は、本実施の形態にかかる犬の通常状態で呼吸が安定している状態におけるポアンカレプロット図である。図１２は、本実施の形態にかかる犬の通常状態におけるポアンカレプロット図である。図１３は、本実施の形態にかかる犬の安静状態におけるポアンカレプロット図である。

まず、例えば犬などの呼吸性の不整脈を有する生物の場合、図１０のような興奮状態においては、心拍数が上昇し（拍動間隔は短くなる）、拍動間隔の揺らぎは小さくなり、プロットの点が一定の場所に集まるような状態になる。

そして、図１１のような呼吸が安定している通常の状態においては、心拍数が安静状態ほどは少なくない（プロットの点の広がりが安静状態ほど大きくない）が、プロット点の分布の中心にプロットが少ない（穴の空白）領域が存在する。このような形状になるのは、犬の心拍が呼吸の影響を大きく受けるため、拍動変動が周期的に変化することが原因と考えられる（呼吸性不整脈）。そのため、リラックスした緩やかな拍動ではないが、呼吸が安定して行われているため、空白の存在する状態になると考えられる。

そして、図１２のような通常状態においては、拍動に揺らぎがみられ、ばらつきは大きくなる（プロット点が広がる）が、プロット点が散乱している状態となる。

そして、図１３の安静状態においては、犬がリラックスしているために拍動の間隔が大きくなり、さらに呼吸性不整脈の影響を大きく受けるために、プロット点の広がりが大きくなると共に、円形や四角形に近い形状や、三角形に近い形状となる。そのいずれの形状においても、安静状態ではポアンカレプロットのプロット点の分布の中心部に空白部分が見られる形状となる。

このように、本実施の形態においては、算出結果に基づいて間接的に、ポアンカレプロットのプロット点の分布の広がりの大きさや形状、中心部にプロットが多くみられるか少なくみられるかを予想することができ、その結果、生物の精神的状態または肉体的状態を予想することができる。そして、上述した通り、解析部３１１は、自律神経バランスを示す数値として、ポアンカレプロットのバラツキ具合すなわち拍動間隔の標準偏差を算出するものである。
＜自律神経バランスの数値に関する別の形態＞

上記の実施の形態においては、通信端末３００が、ポアンカレプロットのＹ＝Ｘの軸に沿った標準偏差またはＹ＝Ｘと垂直な軸に沿った標準偏差を出力するものであった。しかしながら、自律神経バランスを示す数値として、それら２つの標準偏差の積を算出してもよい。以下では、図１４を参照して、本実施の形態にかかる生体情報処理システム１の処理手順について説明する。

図１４は、本実施の形態にかかる生体情報処理システム１の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１００～ステップＳ１０８は、図７のものと同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。

解析部３１１としてのＣＰＵ３１０は、軸の変換を行った後のそれぞれの軸に関する標準偏差を算出する（ステップＳ１１０）。なお、解析部３１１は、分散が最大になる軸を特定し、当該軸と当該軸に垂直な軸に関する標準偏差を算出してもよい。

そして、解析部３１１は、自律神経バランスを示す数値として、それらの２つの標準偏差の積や積の平方根などを計算する（ステップＳ１１２）。

結果出力部３１３は、例えば、通信端末３００の、または外部の、ディスプレイやスピーカなどの出力装置に、標準偏差の積や積の平方根などを表示させたり、音声メッセージを出力させたりする（ステップＳ１１４）。より詳細には、結果出力部３１３は、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差と、Ｙ＝－Ｘの軸に関する標準偏差と、両者の積や積の平方根などとを出力させてもよい。

図１５は、犬の精神状態または肉体的状態毎の、Ｙ＝Ｘ軸に関する標準偏差と、Ｙ＝Ｘと垂直な軸に関する標準偏差と、自律神経バランスを示す数値としての標準偏差の積や積の平方根などと、標準偏差の比との目安を示す表である。

標準偏差の積を計算することにより、拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ）とその次の拍動間隔Ｒ－Ｒ（ｎ＋１）とをそれぞれ軸としてポアンカレプロットした拍動間隔の分布の広がりの大きさや形状、一様に分散している、中心に空白がある等のばらつき状態が評価できる。また、縦横比が同じで大きさのみ変化している状態や分布の広がり面積が同じで中心部のばらつき状態が異なる場合などに有効にばらつき状態を評価できる。

この場合も、結果出力部３１３は、標準偏差や標準偏差の積や積の平方根や拍動間隔テーブルなどをデータ記憶部３２２に蓄積したり、送信部３６２を利用することによって、インターネットなどを介してサーバ１００に送信したりする。これによって、今回の出力結果を観察対象の短期または長期のストレス状態の把握などに利用することができる。

解析部３１１は、２つの軸の標準偏差の積や積の平方根などを計算するものであるが、３つ以上の軸の標準偏差の積やその累乗根などを計算するものであってもよい。

ＣＰＵ３１０は、所定の期間たとえば数分間毎に上記の計算を行い、当該計算結果を後述する診断グラフ作成のためにメモリ３２０のデータベースに蓄積していく。
＜第２の実施の形態＞

上記の実施の形態においては、信号取得装置５００が、周期信号発生部５９０を搭載するものであった。しかしながら、周期的に信号を発するものであれば、他の構成であってもよい。たとえば、図１６に示すように、記憶部５２０や送信部５６０から発生する信号を利用してもよい。

たとえば、記憶部５２０が、一定の周期で、拍動タイミングや拍動間隔をＳＤカードに記録してもよい。例えば、ＣＰＵ５１０は、拍動タイミングや拍動間隔を計算した際に、ＲＡＭ上に一時的に記憶しておき、一定の周期、たとえば１秒など、でＳＤカードスロット５２２などのメモリインターフェイスを介してＳＤカードに、図５の１行分の拍動タイミングや拍動間隔の情報を書き込んでいってもよい。これによって、自然に一定の周期で電気信号が発生するようになる。つまり、記憶部５２０が一定の周期で電気信号を発信させる周期信号生成回路を含んでいてもよい。

あるいは、送信部５６０が、一定の周期で、拍動タイミングや拍動間隔を通信端末３００に送信してもよい。例えば、ＣＰＵ５１０は、拍動タイミングや拍動間隔を計算した際に、ＲＡＭ上に一時的に記憶しておき、一定の周期、たとえば１秒など、でアンテナやコネクタなどの通信インターフェイスを介して、図５の１行分の拍動タイミングや拍動間隔の情報を通信端末３００やサーバ１００に送信してもよい。これによって、自然に一定の周期で信号が発生するようになる。

また、周期信号発生部５９０が発生する信号は、拍動タイミング取得部５１２において、拍動と同時には検出されないが、周期信号としては、検出されるものとしてもよい。具体的には、拍動を検出する拍動閾値と周期信号を検出する周期信号閾値を設け、周期信号は、周期信号拍動閾値では検出されるが、拍動閾値では検出されない振幅とする。生体と電極の接触状態が良好な場合、拍動は、周期信号閾値でも検出されてしまうが、検出された周期は、周期信号とは異なるものとなる。

そして、周期判別部５１３は、心電信号から得られた拍動間隔が、記憶部５２０による書き込み周期や、送信部５６０による送信周期に近いか否か、に基づいて、心電信号が正常に取得できているか否かを判断する。
＜第３の実施の形態＞

あるいは、信号取得装置５００が周期信号発生部５９０を搭載しつつ、当該周期信号発生部５９０が、記憶部５２０によって信号が発生するタイミングや送信部５６０によって信号が発生するタイミングに合わせて、周期的に信号を発生するように構成されてもよい。

そして、周期判別部５１３は、心電信号から得られた拍動間隔が、周期信号発生部５９０による信号の発生周期に近いか否か、に基づいて、心電信号が正常に取得できているか否かを判断する。本実施の形態においては、周期信号発生部５９０の信号の発生タイミングが、記憶部５２０によって信号が発生するタイミングや送信部５６０によって信号が発生するタイミングと同じであるため、記憶部５２０から発生する信号や送信部５６０から発生する信号が、ステップＳ００８の判断の妨げになりにくくなる。
＜第４の実施の形態＞

上記の実施の形態にかかる生体情報処理システム１は、電極４０１，４０２，４０３からの心電信号に基づいて信号取得装置５００が拍動タイミングや拍動間隔を取得し、通信端末３００が拍動間隔から生物の状態を判断するための情報または生物の状態の判定結果の情報を算出して出力するものであった。しかしながら、それらの１つの装置の全部または一部の役割が、別の装置によって担われてもよいし、複数の装置によって分担されてもよい。逆に、それら複数の装置の全部または一部の役割を、１つの装置が担ってもよいし、別の装置が担ってもよい。

例えば、通信端末３００の役割をサーバ１００が担ってもよい。具体的には、通信端末３００が信号取得装置５００からの拍動タイミングや拍動間隔などの必要な情報をルータやキャリア網やインターネットなどを介してサーバ１００に送信する。そして、サーバ１００が生物の状態を判断するための情報または生物の状態の判定結果を示す情報を算出し、当該情報を通信端末３００に送信し、通信端末３００が最終的な結果の情報をディスプレイやスピーカに出力する。

あるいは、信号取得装置５００の機能を通信端末３００やサーバ１００が実現しても良い。たとえば、通信端末３００やサーバ１００が、信号取得装置５００から心電信号を受信して、拍動タイミングを特定したり、拍動間隔を計算したり、拍動間隔と周期的な電気信号の発生周期とに基づいて心電信号が正常に取得できているか否かを判断したりしてもよい。
＜まとめ＞

上記の実施の形態においては、動物に装着するための生体情報測定用ハーネスが提供される。生体情報測定用ハーネスは、動物の心電信号を受信し、心電信号を増幅し、かつ、所定の周波数をカットするフィルタ処理を行う心電処理回路と、心電処理回路によって増幅された心電信号に基づいて動物の拍動間隔を検出する検出回路と、一定周期の電気信号を発生させる電気信号生成回路と、周期信号発生回路が発生させた電気信号を取得し、拍動間隔と電気信号の周期とが略一致するかどうかを判定することによって心電信号が正常に取得できているか否かを判定するための制御部と、を備える。

好ましくは、生体情報測定用ハーネスは、通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスをさらに備える。電気信号発生回路が通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスに含まれる。電気信号生成回路は、通信インターフェイスによる拍動間隔データの送受信のタイミングまたはメモリインターフェイスによる拍動間隔データの記録媒体への書き込みのタイミングに合わせて、電気信号を発生させる。

好ましくは、生体情報測定用ハーネスは、通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスをさらに備える。電気信号発生回路が通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスに含まれる。通信インターフェイスによる拍動間隔データの送受信のタイミングまたメモリインターフェイスによる拍動間隔データの記録媒体への書き込み時に、電気信号が発生する。

好ましくは、生体情報測定用ハーネスは、さらに、心電信号を取得する電極と、制御部の判定結果を通知する通知部と、を備える。制御部は、検出回路が検出した２つの拍動の間に、３秒間以上連続して電気信号のみを取得した場合、電極と動物の接触不良を判定し、判定結果を通知部に送信する。

上記の実施の形態においては、動物に装着するための生体情報測定用ハーネスと、生体情報測定用ハーネスと通信可能なコンピュータとを備える生体情報測定システムが提供される。生体情報測定用ハーネスは、動物の心電信号を受信し、心電信号を増幅し、かつ、所定の周波数をカットするフィルタ処理を行う心電処理回路と、電気信号および心電処理部で増幅された心電信号を取得し、心電処理部で増幅された心電信号に基づいて動物の拍動間隔を検出する制御部とを含む。コンピュータは、拍動間隔と電気信号の周期とが略一致するかどうかを判定することによって心電信号が正常に取得できているか否かを判定するための制御部を含む。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：生体情報処理システム
１００ ：サーバ
３００ ：通信端末
３１０ ：ＣＰＵ
３１１ ：解析部
３１２ ：グラフ作成部
３１３ ：結果出力部
３２０ ：メモリ
３２１ ：拍動間隔取得部
３２２ ：データ記憶部
３３０ ：ディスプレイ
３６０ ：通信インターフェイス
３６１ ：受信部
３６２ ：送信部
４０１ ：電極
４０２ ：電極
４０３ ：電極
５００ ：信号取得装置
５１０ ：ＣＰＵ
５１１ ：心電前処理部
５１２ ：拍動タイミング取得部
５１３ ：周期判別部
５２０ ：記憶部
５２２ ：ＳＤカードスロット
５６０ ：送信部
５９０ ：周期信号発生部
Ｘ ：周期的な信号の発生間隔の平均値
Ｙ ：拍動間隔の平均値
Ｚ ：拍動間隔の標準偏差

Claims (5)

1. 動物に装着するための生体情報測定用ハーネスであって、
   動物の心電信号を受信し、前記心電信号を増幅し、かつ、所定の周波数をカットするフィルタ処理を行う心電処理回路と、
   前記心電処理回路によって増幅された心電信号に基づいて前記動物の拍動間隔を検出する検出回路と、
   一定周期の電気信号を発生させる電気信号生成回路と、
   前記周期信号発生回路が発生させた前記電気信号を取得し、前記拍動間隔と前記電気信号の周期とが略一致するかどうかを判定することによって前記心電信号が正常に取得できているか否かを判定するための制御部と、を備える生体情報測定用ハーネス。
2. 通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスをさらに備え、
   前記電気信号発生回路が前記通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスに含まれ、
   前記電気信号生成回路は、前記通信インターフェイスによる前記拍動間隔データの送受信のタイミングまたは前記メモリインターフェイスによる前記拍動間隔データの記録媒体への書き込みのタイミングに合わせて、前記電気信号を発生させる、請求項１に記載の生体情報測定用ハーネス。
3. 通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスをさらに備え、
   前記電気信号発生回路が前記通信インターフェイスまたはメモリインターフェイスに含まれ、
   前記通信インターフェイスによる前記拍動間隔データの送受信のタイミングまた前記メモリインターフェイスによる前記拍動間隔データの記録媒体への書き込み時に、前記電気信号が発生する、請求項１に記載の生体情報測定用ハーネス。
4. さらに、心電信号を取得する電極と、
   前記制御部の判定結果を通知する通知部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出回路が検出した２つの拍動の間に、３秒間以上連続して前記電気信号のみを取得した場合、前記電極と動物の接触不良を判定し、判定結果を通知部に送信する、請求項１から３いずれかに記載の生体用測定用ハーネス。
5. 動物に装着するための生体情報測定用ハーネスと、前記生体情報測定用ハーネスと通信可能なコンピュータとを備え、
   前記生体情報測定用ハーネスは、
   動物の心電信号を受信し、前記心電信号を増幅し、かつ、所定の周波数をカットするフィルタ処理を行う心電処理回路と、
   電気信号および前記心電処理部で増幅された心電信号を取得し、前記心電処理部で増幅された心電信号に基づいて前記動物の拍動間隔を検出する制御部とを含み、
   前記コンピュータは、前記拍動間隔と前記電気信号の周期とが略一致するかどうかを判定することによって前記心電信号が正常に取得できているか否かを判定するための制御部を含む、生体情報測定システム。

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