JP6215644B2 - Heart rate / electrocardiograph - Google Patents
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Description
本発明は、心拍測定および心電測定の少なくとも一方を行う心拍・心電計に関するものである。 The present invention relates to a heart rate / electrocardiograph that performs at least one of heart rate measurement and electrocardiogram measurement.
近年の無線電子機器の小型化とネットワークインフラの高度化により、心拍、心電、体温、体動、脈波、血圧等に代表されるバイタルデータの常時モニタ、およびクラウドと連携させたヘルスクラウドサービスが実現されつつある。これらのシステムの中でデータの入口となるセンサーで受信される生体信号の品質は、重要項目の一つである。特にセンサーの人体への常時装着方法として、生体電極を衣類に取り付ける方法が有望視されている(非特許文献1参照)。 Due to the recent miniaturization of wireless electronic devices and the advancement of network infrastructure, constant monitoring of vital data represented by heart rate, electrocardiogram, body temperature, body motion, pulse wave, blood pressure, etc., and health cloud services linked to the cloud Is being realized. In these systems, the quality of a biological signal received by a sensor serving as a data entry is one of important items. In particular, as a method for always mounting a sensor on a human body, a method of attaching a biological electrode to clothing is promising (see Non-Patent Document 1).
しかしながら、図11に示すように従来は、人体の半身の心臓100を挟んだ左右の位置に複数の生体電極101,102を貼り付けて測定を行う必要があり、心拍・心電計の端末103と電極101,102とを接続するために体表面に長い配線104,105の引き回しが必要であった。
However, as shown in FIG. 11, conventionally, it is necessary to perform measurement by attaching a plurality of
これらの生体電極101,102と端末103と配線104,105とは、ベースとなる衣類106に固定されている。したがって、特に引き回しの長い配線104,105を衣類106に固定する場合、衣類106の美観を損なうという問題点と、脱衣と着衣の繰り返しによって配線104,105が劣化するという問題点と、洗濯によって配線104,105が劣化するという問題点と、配線104,105が衣類内側にある場合に体への接触により人が不快感を感じるという問題点があった。これらの問題点は、心拍測定または心電測定のために心臓を挟んだ体幹の両側に複数の電極を配置することから、配線自身の長さが必然的に長くなってしまうことによるものである。また、配線104,105を体幹に這わせることは、GNDループを形成することになり、環境雑音の影響を受け易くなるという問題点もあった。
The
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、生体への装着負荷の低減、美観や耐久性の向上およびSNR(Signal to Noise ratio)の向上を実現することができる心拍・心電計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can provide a heartbeat / electrocardiogram capable of reducing the load on a living body, improving aesthetics and durability, and improving SNR (Signal to Noise ratio). The purpose is to provide a total.
本発明の心拍・心電計は、心拍測定および心電測定の少なくとも一方を行う測定回路を有する端末と、前記端末の筐体の生体と接触する面に突出するように配置され、前記測定回路と電気的に接続された正電極と基準電極と負電極とを備え、前記基準電極は、前記正電極および負電極の周囲をそれぞれ囲むように配置され、前記正電極と負電極が受信する信号の中間の電位、または前記測定回路のGND電位が基準電位として前記測定回路から前記基準電極に与えられることを特徴とするものである。 The heart rate / electrocardiograph according to the present invention is disposed so as to protrude from a terminal having a measurement circuit for performing at least one of heart rate measurement and electrocardiogram measurement, and a surface of the terminal housing that contacts the living body, and the measurement circuit A positive electrode, a reference electrode, and a negative electrode that are electrically connected to each other , the reference electrode being disposed so as to surround each of the positive electrode and the negative electrode, and a signal received by the positive electrode and the negative electrode Or a GND potential of the measurement circuit is applied as a reference potential from the measurement circuit to the reference electrode .
本発明によれば、正電極と基準電極と負電極とを端末の筐体表面に設けることにより、電極と端末との間の長い配線を無くすことができる。本発明では、生体の左右半身のいずれか一箇所にのみ心拍・心電計を装着すればよいので、常時モニタにおける生体への装着負荷を低減できると共に、配線を無くすことで、洗濯や衣類の着脱を原因とする配線の故障や劣化を無くすことができる。また、本発明では、長い配線を無くすことで、衣類の美観の劣化を抑えることができ、またSNRの劣化を抑えることができる。 According to the present invention, the long wiring between the electrode and the terminal can be eliminated by providing the positive electrode, the reference electrode, and the negative electrode on the surface of the casing of the terminal. In the present invention, since it is only necessary to attach the heart rate / electrocardiograph to only one of the left and right halves of the living body, it is possible to reduce the wearing load on the living body on the monitor at all times and to eliminate the wiring, Wiring failures and deterioration due to attachment / detachment can be eliminated. In the present invention, by eliminating the long wiring, it is possible to suppress the deterioration of the aesthetic appearance of the clothes and to suppress the deterioration of the SNR.
また、本発明では、衣類の生体と接触する面に正電極と基準電極と負電極とを固定し、これら電極と端末とをコネクタを介して機械的、電気的に接続することにより、電極と端末との間の長い配線を無くすことができる。本発明では、生体の左右半身のいずれか一箇所にのみ心拍・心電計を装着すればよいので、常時モニタにおける生体への装着負荷を低減できると共に、配線を無くすことで、洗濯や衣類の着脱を原因とする配線の故障や劣化を無くすことができる。また、本発明では、長い配線を無くすことで、衣類の美観の劣化を抑えることができ、またSNRの劣化を抑えることができる。 In the present invention, the positive electrode, the reference electrode, and the negative electrode are fixed to the surface of the garment that comes into contact with the living body, and the electrode and the terminal are mechanically and electrically connected via a connector to Long wiring between terminals can be eliminated. In the present invention, since it is only necessary to attach the heart rate / electrocardiograph to only one of the left and right halves of the living body, it is possible to reduce the wearing load on the living body on the monitor at all times and to eliminate the wiring, Wiring failures and deterioration due to attachment / detachment can be eliminated. In the present invention, by eliminating the long wiring, it is possible to suppress the deterioration of the aesthetic appearance of the clothes and to suppress the deterioration of the SNR.
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明するが、本発明はかかる実施の形態に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments.
[第1の実施の形態]
図1は本発明の第1の実施の形態に係る心拍・心電計を生体(人体)に装着した様子を示す模式図、図2(A)は心拍・心電計を生体側から見た下面図、図2(B)は図2(A)の心拍・心電計の断面図である。
本実施の形態の心拍・心電計は、心拍測定および心電測定の少なくとも一方を行う端末2と、端末2の筐体の生体1(人体や動物の体など)と接触する面に突出するように配置された正電極3と基準電極4と負電極5とを備えている。正電極3と基準電極4と負電極5とを設けることから、端末2の筐体は絶縁材料からなることが好ましい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view showing a state in which the heart rate / electrocardiograph according to the first embodiment of the present invention is attached to a living body (human body), and FIG. 2A is a view of the heart rate / electrocardiograph viewed from the living body side. 2B is a cross-sectional view of the heart rate / electrocardiograph of FIG.
The heartbeat / electrocardiograph according to the present embodiment protrudes from a
心拍・心電計は、図1より分かるように生体1の心臓100よりも例えば左側の位置に、正電極3と基準電極4と負電極5とが生体1と接触するように配置される。端末2の大きさは、例えば10cm×10cm程度である。端末2は、衣類やそれに付属するバンド等の締め付け作用によって生体1に装着してもよいし、シールのような粘着剤を用いて生体1に装着してもよい。
As can be seen from FIG. 1, the heartbeat / electrocardiograph is disposed, for example, on the left side of the
正電極3と基準電極4と負電極5とは、例えば銀・塩化銀などの導電性材料からなる。端末2は、正電極3と負電極5間の電位差を測定することにより、心電波形を測定する。このような心電波形の測定はホルター心電計で周知の技術である。基準電極4は、生体1の電位変化の基準となる基準電位を生体1に与えるための電極である。基準電位は、正電極3と負電極5が受信する信号の中間電位でもよいし、端末2の回路のGND電位でもよい。また、心電波形を測定することができれば、この心電波形を基に心拍数を算出することができる。
The
なお、心電波形の具体的な測定方法や心拍数の具体的な測定方法は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。端末2は、心拍測定、心電測定のどちらか一方のみを行ってもよいし、両方の測定を行ってもよい。
Since a specific method for measuring an electrocardiogram waveform and a specific method for measuring a heart rate are well-known techniques, detailed description thereof is omitted. The
図3に示すように、端末2は、電極3〜5と電気的に接続され、心拍測定、心電測定を行う測定回路200と、端末2に電力を供給するバッテリ等の電源201のみでなく、測定した心拍数、心電波形を記憶するメモリ202を備えていてもよいし、これら心拍数、心電波形を表示する表示器203を備えていてもよいし、心拍数、心電波形を無線通信または有線通信を用いて外部へ送信する送信回路204を備えていてもよい。
As shown in FIG. 3, the
以上のように、本実施の形態では、正電極3と基準電極4と負電極5とを端末2の筐体表面に設けることにより、電極3〜5と端末2との間の長い配線を無くすことができる。本実施の形態では、生体の左右半身のいずれか一箇所にのみ心拍・心電計を装着すればよいので、常時モニタにおける生体への装着負荷を低減できると共に、長い配線を無くすことで、洗濯や衣類の着脱を原因とする配線の故障や劣化を無くすことができる。また、本実施の形態では、長い配線を無くすことで、衣類の美観の劣化を抑えることができ、またSNR(Signal to Noise ratio)の劣化を抑えることができる。
As described above, in the present embodiment, by providing the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4(A)は本発明の第2の実施の形態に係る心拍・心電計を生体側から見た下面図、図4(B)は図4(A)の心拍・心電計の断面図であり、図2(A)、図2(B)と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態においては、基準電極4を生体1から遠ざける配置としている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 4A is a bottom view of the heart rate / electrocardiograph according to the second embodiment of the present invention as viewed from the living body side, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the heart rate / electrocardiograph of FIG. In this figure, the same components as those in FIGS. 2A and 2B are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, the
基準電極4の配置箇所を、生体1を通じて正電極3および負電極5と接しない位置とすることによって、正電極3および負電極5が受信する電気信号(生体信号)の基準電位に対する振幅を大きくすることができる。本実施の形態は、生体1に誘導される雑音が小さい場合には有効である。
By placing the
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図5(A)は本発明の第3の実施の形態に係る心拍・心電計を生体側から見た下面図、図5(B)は図5(A)の心拍・心電計の断面図であり、図2(A)、図2(B)と同様の構成には同一の符号を付してある。第1、第2の実施の形態では、端末2の筐体に正電極3と基準電極4と負電極5とを固定していたが、本実施の形態では、これらの電極3〜5と端末2とが分離できるようになっている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A is a bottom view of the heartbeat / electrocardiograph according to the third embodiment of the present invention as viewed from the living body side, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the heartbeat / electrocardiograph of FIG. In this figure, the same components as those in FIGS. 2A and 2B are denoted by the same reference numerals. In the first and second embodiments, the
本実施の形態では、衣類6の生体1と接触する面に電極3〜5を例えば縫い付けたり接着したりすることで、電極3〜5が生体1側に突出するように固定されている。
衣類6の生体1と接触する面と反対側の面には、正電極3と機械的、電気的に接続されたコネクタ7Bと、基準電極4と機械的、電気的に接続されたコネクタ8Bと、負電極5と機械的、電気的に接続されたコネクタ9Bとが露出するように固定されている。
In the present embodiment, the
On the surface of the
一方、端末2の筐体表面には、それぞれコネクタ7B,8B,9Bと嵌合する位置にコネクタ7A,8A,9Aが固定されている。コネクタ7A,8A,9Aは、端末2の測定回路200と電気的に接続されている。
On the other hand, the
人が衣類6を着用すると、人体(生体1)の皮膚表面と接触するように電極3〜5が配置される。そして、端末2のコネクタ7A,8A,9Aが衣類6側のコネクタ7B,8B,9Bと嵌合するように端末2を装着すれば、端末2が機械的に固定され、かつ電極3〜5と端末2とが電気的に接続される。こうして、機械的固定と電気接続の両方を実現することができる。
When a person wears
なお、本実施の形態では、コネクタ7A,8A,9Aが凹型コネクタで、コネクタ7B,8B,9Bが凸型コネクタとなっているが、これに限るものではなく、コネクタ7A,8A,9Aを凸型コネクタ、コネクタ7B,8B,9Bを凹型コネクタとしてもよい。
また、本実施の形態において、基準電極4のみ第2の実施の形態で説明した構成としてもよい。この場合は、コネクタ8A,8Bが不要となる。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, only the
[第4の実施の形態]
第1〜第3の実施の形態で説明した心拍・心電計は、図6(A)、図6(B)に示すように、人体の頸部10に装着してもよいし、胸部11に装着してもよいし、肩部12に装着してもよいし、腕部13に装着してもよいし、腹部14に装着してもよいし、腰部15に装着してもよい。また、図6(A)に示すように左半身に装着してもよいし、図6(B)に示すように右半身に装着してもよい。
[Fourth Embodiment]
The heart rate / electrocardiograph described in the first to third embodiments may be attached to the
[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図7は本発明の第5の実施の形態に係る心拍・心電計における電極3〜5と端末2との電気的な接続関係を示す回路図、図8は正電極部の構造を示す模式図である。心臓を挟まない体幹の2箇所に電極を配置して心拍測定または心電測定を行う場合、電極で受信する信号は小さくなり、SNR(Signal to Noise ratio)が劣化する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a circuit diagram showing the electrical connection relationship between the
そこで、本実施の形態では、図8に示すように、正電極3の直近にヴォルテージフォロワ21を設け、正電極3で受信した生体信号のインピーダンス変換をヴォルテージフォロワ21で行う。正電極3の直近にヴォルテージフォロワ21を設けるためには、例えば正電極部を、正電極3とコネクタ7Bとヴォルテージフォロワ21と絶縁材料からなる基材とで構成する。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, a
具体的には、基材の生体1と接触する面に正電極3を配置し、基材の生体1と接触する面と反対側の面にコネクタ7Bとヴォルテージフォロワ21とを配置し、基材に形成した配線とビアを用いて正電極3とヴォルテージフォロワ21の入力とを接続し、さらに基材に形成した配線を用いてヴォルテージフォロワ21の出力とコネクタ7Bとを接続すればよい。こうして、正電極3とコネクタ7Bとヴォルテージフォロワ21とが1つに纏まった正電極部を実現することができる。この正電極部を、第3の実施の形態で説明したように生体1側に正電極3が突出し、生体1と接触する面と反対側の面にコネクタ7Bが露出するように、衣類6に固定すればよい。
Specifically, the
負電極5についても同様に、負電極5の直近にヴォルテージフォロワを設け、負電極5で受信した生体信号のインピーダンス変換をヴォルテージフォロワで行うようにすればよい。負電極部は、正電極部と同様に、負電極5とコネクタ9Bとヴォルテージフォロワと基材とで実現することができる。この負電極部を、生体1側に負電極5が突出し、生体1と接触する面と反対側の面にコネクタ9Bが露出するように、衣類6に固定すればよい。
Similarly, for the
図7、図8に示すように、正電極3で受信された生体信号は、正電極部のヴォルテージフォロワ21、コネクタ7B,7Aを介して端末2の測定回路200中の受信アンプ16に入力されて増幅される。また、負電極5で受信された生体信号は、負電極部のヴォルテージフォロワ、コネクタ9B,9Bを介して端末2の測定回路200中の受信アンプ17に入力されて増幅される。図7の18は基準電極4に基準電位を与えるための駆動ドライバアンプである。また、図7、図8における19は正電極部のヴォルテージフォロワ21と負電極部のヴォルテージフォロワに電源電位を与える電源線、20は正電極部のヴォルテージフォロワ21と負電極部のヴォルテージフォロワにGND電位を与えるGND線である。
As shown in FIGS. 7 and 8, the biological signal received by the
本実施の形態では、正電極部の能動素子であるヴォルテージフォロワ21と負電極部の能動素子であるヴォルテージフォロワを動作させるために電源とGNDも供給する必要がある。この場合のコネクタ7A,7B,9A,9Bの構造を図9に示す。7A−1は正電極部からの生体信号受信のための端末2側のコネクタ、7A−2は正電極部のヴォルテージフォロワ21に電源電位を与えるための端末2側のコネクタ、7A−3は正電極部のヴォルテージフォロワ21にGND電位を与えるための端末2側のコネクタ、7B−1は生体信号送信のための正電極部側のコネクタ、7B−2は正電極部のヴォルテージフォロワ21に電源電位を与えるための正電極部側のコネクタ、7B−3は正電極部のヴォルテージフォロワ21にGND電位を与えるための正電極部側のコネクタである。
In the present embodiment, it is necessary to supply power and GND in order to operate the
また、図9の9A−1は負電極部からの生体信号受信のための端末2側のコネクタ、9A−2は負電極部のヴォルテージフォロワに電源電位を与えるための端末2側のコネクタ、9A−3は負電極部のヴォルテージフォロワにGND電位を与えるための端末2側のコネクタ、9B−1は生体信号送信のための負電極部側のコネクタ、9B−2は負電極部のヴォルテージフォロワに電源電位を与えるための負電極部側のコネクタ、9B−3は負電極部のヴォルテージフォロワにGND電位を与えるための負電極部側のコネクタである。
こうして、本実施の形態では、正電極3、負電極5の直近にヴォルテージフォロワを設けることにより、SNRの劣化を抑制することができる。
9A-1 in FIG. 9 is a connector on the
Thus, in the present embodiment, by providing the voltage follower in the immediate vicinity of the
[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図10(A)は本発明の第6の実施の形態に係る心拍・心電計を生体側から見た下面図、図10(B)は図10(A)の心拍・心電計の断面図である。本実施の形態では、第3、第5の実施の形態で説明した正電極部3および負電極5の周囲を、基準電極4で覆う構造とする。図10(A)における25は正電極3と基準電極4とのクリアランス(隙間)、26は負電極5と基準電極4とのクリアランスである。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10A is a bottom view of the heartbeat / electrocardiograph according to the sixth embodiment of the present invention as viewed from the living body side, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the heartbeat / electrocardiograph of FIG. FIG. In this embodiment, the
このような構造とすることで、本実施の形態では、基準電極4を、正電極3および負電極5に対して雑音に関してシールド効果を与える駆動シールドとして機能させることができる。
By adopting such a structure, in the present embodiment, the
本発明は、心拍計、心電計に適用することができる。 The present invention can be applied to a heart rate monitor and an electrocardiograph.
1…生体、2…端末、3…正電極、4…基準電極、5…負電極、6…衣類、7A,8A,9A,7B,8B,9B…コネクタ、10…頸部、11…胸部、12…肩部、13…腕部、14…腹部、15…腰部、16,17…受信アンプ、18…駆動ドライバアンプ、19…電源線、20…GND線、21…ヴォルテージフォロワ、25,26…クリアランス、200…測定回路、201…電源、202…メモリ、203…表示器、204…送信回路。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記端末の筐体の生体と接触する面に突出するように配置され、前記測定回路と電気的に接続された正電極と基準電極と負電極とを備え、
前記基準電極は、前記正電極および負電極の周囲をそれぞれ囲むように配置され、前記正電極と負電極が受信する信号の中間の電位、または前記測定回路のGND電位が基準電位として前記測定回路から前記基準電極に与えられることを特徴とする心拍・心電計。 A terminal having a measurement circuit for performing at least one of heart rate measurement and electrocardiogram measurement;
A positive electrode, a reference electrode, and a negative electrode, which are arranged so as to protrude from a surface of the casing of the terminal that comes into contact with the living body, and are electrically connected to the measurement circuit ;
The reference electrode is arranged so as to surround the positive electrode and the negative electrode, respectively, and the measurement circuit uses a potential intermediate between signals received by the positive electrode and the negative electrode or a GND potential of the measurement circuit as a reference potential. A heart rate / electrocardiograph characterized by being applied to the reference electrode .
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